Luận án về phát triển nguồn giả vật đen cho hiệu chỉnh ảnh thu từ camera nhiệt

Tài liệu nghiên cứu Luận án nghiên cứu và phát triển nguồn giả vật đen cho hiệu chỉnh bất đồng nhất ảnh thu bởi camera, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

Chuyên ngành

Vật lý

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án
182
2
0

Phí lưu trữ

45 Point

Mục lục chi tiết

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BỨC XẠ VẬT ĐEN

1.1. Các đại lƣợng đặc trƣng bức xạ nhiệt

1.1.1. Công suất bức xạ

1.1.2. Độ trƣng bức xạ

1.1.3. Cƣờng độ bức xạ

1.2. Hấp thụ, phản xạ, truyền qua bức xạ

1.3. Bức xạ của vật đen tuyệt đối

1.3.1. Năng suất phát xạ đơn sắc

1.3.2. Đặc trƣng phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối. Định luật Stefan - Boltzmann

1.3.3. Định luật Wien

1.4. Cơ sở lý thuyết bức xạ nguồn giả vật đen

1.4.1. Phát xạ của vật thực

1.4.2. Hốc phát xạ của nguồn bức xạ giả vật đen. Kiểu dạng hốc phát xạ

1.4.3. Dòng bức xạ từ một bề mặt hốc phát xạ

1.4.4. Hệ số phát xạ hiệu dụng

1.4.5. Nhiệt độ bức xạ

1.4.6. Tính bất đẳng nhiệt của hốc phát xạ thực

1.5. Kết luận Chƣơng 1

2. CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG BỨC XẠ CỦA HỐC PHÁT XẠ VẬT ĐEN

2.1. Phƣơng pháp tính toán tất định. Các biểu thức tính toán gần đúng

2.2. Phƣơng pháp giải tích. Phƣơng trình tích phân cơ bản

2.2.1. Các phƣơng trình tính hệ số phát xạ hiệu dụng của hốc hình trụ - đáy nón lõm

2.3. Phƣơng pháp mô phỏng Monte Carlo

2.3.1. Phƣơng pháp Monte Carlo trong đo lƣờng bức xạ

2.3.2. Mô hình hóa ngẫu nhiên các tính chất quang học của bề mặt

2.3.3. Xác suất các quá trình lan truyền và tƣơng tác bức xạ

2.3.4. Kỹ thuật gán trọng số thống kê

2.3.5. Mô phỏng Monte Carlo trong tính toán đặc trƣng bức xạ của hốc phát xạ

2.3.5.1. Phƣơng pháp mô phỏng dựa trên phát xạ
2.3.5.2. Phƣơng pháp mô phỏng dựa trên hấp thụ bức xạ

2.4. Phƣơng pháp đo lƣờng thực nghiệm

2.4.1. Các phƣơng pháp đo phản xạ

2.4.1.1. Đo phản xạ bằng laser
2.4.1.2. Đo phản xạ bằng nguồn bức xạ dải rộng

2.4.2. Đo lƣờng trắc xạ các nguồn bức xạ vật đen

2.4.2.1. Các thiết bị đo trắc xạ (radiometers)
2.4.2.2. Các máy đo phổ kế bức xạ (spectroradiometers)

2.5. Kết luận chƣơng 2

3. CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN HỆ SỐ PHÁT XẠ THEO HƢỚNG HIỆU DỤNG CỦA HỐC HÌNH TRỤ - ĐÁY NÓN LÕM

3.1. Nghiên cứu tính toán hệ số phát xạ theo hƣớng hiệu dụng của hốc phát xạ hình trụ - đáy nón lõm bằng kỹ thuật đa thức nội suy

3.1.1. Tính các hệ số góc trong phƣơng trình hệ số phát xạ địa phƣơng hiệu dụng của đáy nón

3.1.2. Biến đổi các biểu thức hệ số góc

3.1.3. Xử lý các điểm kỳ dị

3.1.4. Tính toán hệ số phát xạ địa phƣơng hiệu dụng của đáy nón bằng kỹ thuật đa thức nội suy

3.1.4.1. Lựa chọn dạng đa thức nội suy
3.1.4.2. Nghiên cứu tính hệ số phát xạ địa phƣơng hiệu dụng của đáy nón

3.2. Nghiên cứu tính toán hệ số phát xạ theo hƣớng pháp tuyến hiệu dụng của hốc hình trụ - đáy nón lõm bằng phƣơng pháp mô phỏng Monte Carlo

3.2.1. Mô hình hóa hốc phát xạ hình trụ - đáy nón lõm

3.2.2. Giả định các đặc trƣng quang học của hốc phát xạ

3.2.3. Mô hình phân bố phản xạ của bề mặt hốc

3.2.4. Xác định đặc trƣng bức xạ theo hƣớng pháp tuyến hiệu dụng của hốc phát xạ

3.2.5. Mô phỏng lan truyền bức xạ trong hốc phát xạ

3.2.6. Xây dựng giải thuật mô phỏng

3.3. Kết luận chƣơng 3

4. CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƢNG NGUỒN GIẢ VẬT ĐEN DỰA TRÊN HỐC DẠNG HÌNH TRỤ - ĐÁY NÓN LÕM CHO HIỆU CHỈNH BẤT ĐỒNG NHẤT ẢNH CỦA CAMERA ẢNH NHIỆT

4.1. Các yêu cầu đối với nguồn giả vật đen

4.1.1. Yêu cầu sử dụng

4.1.2. Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu

4.1.2.1. Kiểu dạng hốc phát xạ
4.1.2.2. Dải phổ bức xạ
4.1.2.3. Kích thƣớc khẩu độ ra
4.1.2.4. Hệ số phát xạ theo hƣớng hiệu dụng
4.1.2.5. Nhiệt độ làm việc
4.1.2.6. Nguồn điện cung cấp

4.1.3. Yêu cầu thiết kế

4.2. Nghiên cứu thiết kế hốc phát xạ

4.2.1. Nghiên cứu xác định các tham số thiết kế của hốc phát xạ

4.2.1.1. Khảo sát phân bố của e,n nhƣ là hàm của tỷ số R/r
4.2.1.2. Khảo sát phân bố của e,n nhƣ là hàm của tỷ số L/R
4.2.1.3. Khảo sát phân bố của e,n nhƣ là hàm của góc 
4.2.1.4. Xác định các tham số thiết kế của hốc phát xạ

4.2.2. Đánh giá các tham số thiết kế hệ thống

4.2.3. Lựa chọn vật liệu phát xạ

4.2.4. Giải pháp cấp nhiệt và điều khiển nhiệt độ

4.2.4.1. Yêu cầu về nguồn nhiệt
4.2.4.2. Điều khiển nhiệt độ của đáy nón

4.3. Đánh giá đặc trƣng nguồn bức xạ giả vật đen

4.3.1. Nguồn bức xạ giả vật đen đƣợc chế tạo

4.3.2. Khảo sát nhiệt độ bề mặt đáy nón

4.3.3. Đánh giá đặc trƣng bức xạ bằng phổ kế bức xạ

4.4. Xử lý bất đồng nhất ảnh nhiệt

4.4.1. Mô hình đáp ứng tuyến tính của camera

4.4.2. Hiệu chỉnh tuyến tính bằng chuẩn hóa

4.4.3. Nghiên cứu ứng dụng hiệu chỉnh NUC ảnh nhiệt vùng LWIR

4.5. Kết luận Chƣơng 4

KẾT LUẬN CHUNG

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nguồn giả vật đen

Nguồn giả vật đen là một thiết bị quan trọng trong lĩnh vực hồng ngoại, đặc biệt là trong việc hiệu chỉnh ảnh nhiệt. Nguồn giả vật đen được thiết kế để mô phỏng bức xạ của vật đen tuyệt đối, giúp cải thiện độ chính xác của các camera ảnh nhiệt. Các nguồn này thường được sử dụng trong các ứng dụng như quan sát, phát hiện và nhận dạng đối tượng trong điều kiện ánh sáng yếu. Đặc điểm nổi bật của nguồn giả vật đen là khả năng phát xạ bức xạ nhiệt với hệ số phát xạ gần với 1, điều này giúp giảm thiểu các sai số trong quá trình đo lường. Việc phát triển nguồn giả vật đen có thể được thực hiện thông qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm thiết kế hình học của hốc phát xạ và lựa chọn vật liệu phù hợp.

1.1. Tầm quan trọng của hiệu chỉnh ảnh nhiệt

Hiệu chỉnh ảnh nhiệt là một bước quan trọng trong quy trình xử lý tín hiệu của camera ảnh nhiệt. Hiệu chỉnh ảnh nhiệt giúp loại bỏ các tạp nhiễu và bất đồng nhất trong ảnh thu được, từ đó nâng cao chất lượng hình ảnh. Các camera ảnh nhiệt thường gặp phải hiện tượng tạp kiểu hoa văn cố định (FPN), gây ảnh hưởng đến độ chính xác của thông tin thu được. Để khắc phục vấn đề này, việc sử dụng nguồn giả vật đen để thực hiện hiệu chỉnh bất đồng nhất (NUC) là rất cần thiết. Kỹ thuật này cho phép chuẩn hóa các đặc trưng đáp ứng của các thành phần trong hệ thống camera, đảm bảo rằng các ảnh thu được có độ chính xác cao và đáng tin cậy.

II. Cơ sở lý thuyết về bức xạ vật đen

Bức xạ vật đen là một khái niệm quan trọng trong vật lý nhiệt. Theo định luật Stefan-Boltzmann, công suất bức xạ của một vật đen tỷ lệ với bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối. Bức xạ vật đen được mô tả bởi các đặc trưng như độ trưng bức xạ và cường độ bức xạ. Đặc biệt, định luật Wien cung cấp thông tin về tần số tối đa của bức xạ phát ra từ vật đen. Việc hiểu rõ các đặc trưng này là cần thiết để thiết kế và phát triển nguồn giả vật đen có hiệu suất cao. Các hốc phát xạ được sử dụng trong nguồn giả vật đen cần phải được thiết kế sao cho có thể phát xạ bức xạ gần giống với bức xạ của vật đen tuyệt đối, từ đó đảm bảo tính chính xác trong các ứng dụng thực tế.

2.1. Đặc trưng bức xạ của vật đen

Đặc trưng bức xạ của vật đen được xác định bởi hệ số phát xạ, một đại lượng quan trọng trong việc đánh giá khả năng phát xạ bức xạ nhiệt của vật liệu. Hệ số phát xạ của vật đen tuyệt đối là 1, trong khi các vật liệu thực tế thường có hệ số phát xạ nhỏ hơn 1. Việc nghiên cứu và tính toán hệ số phát xạ theo hướng hiệu dụng của các hốc phát xạ là cần thiết để phát triển nguồn giả vật đen. Các phương pháp tính toán như phương pháp hốc tích hợp (ICM) và phương pháp Monte Carlo (MCM) thường được áp dụng để xác định các đặc trưng bức xạ này. Sự hiểu biết về các phương pháp này sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và cải thiện hiệu suất của nguồn giả vật đen.

III. Phương pháp nghiên cứu và phát triển nguồn giả vật đen

Nghiên cứu và phát triển nguồn giả vật đen bao gồm nhiều bước từ thiết kế, chế tạo đến đánh giá hiệu suất. Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu cần được xác định rõ ràng, bao gồm kích thước, dải phổ bức xạ và hệ số phát xạ theo hướng hiệu dụng. Việc lựa chọn vật liệu phát xạ cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Các hốc phát xạ cần được thiết kế sao cho có thể tạo ra bức xạ đồng nhất và ổn định. Đánh giá đặc trưng bức xạ của nguồn giả vật đen được thực hiện thông qua các phương pháp đo lường thực nghiệm, giúp xác định tính chính xác và độ tin cậy của nguồn bức xạ. Kết quả từ các nghiên cứu này sẽ cung cấp cơ sở cho việc ứng dụng nguồn giả vật đen trong các hệ thống camera ảnh nhiệt.

3.1. Thiết kế và chế tạo hốc phát xạ

Thiết kế hốc phát xạ là một bước quan trọng trong việc phát triển nguồn giả vật đen. Hốc phát xạ cần được thiết kế sao cho có thể tối ưu hóa khả năng phát xạ bức xạ nhiệt. Các yếu tố như hình dạng, kích thước và vật liệu cấu tạo của hốc phát xạ đều ảnh hưởng đến hiệu suất phát xạ. Việc sử dụng các công nghệ hiện đại trong thiết kế và chế tạo hốc phát xạ sẽ giúp nâng cao chất lượng và độ chính xác của nguồn giả vật đen. Các nghiên cứu thực nghiệm cũng cần được thực hiện để đánh giá hiệu suất của hốc phát xạ, từ đó điều chỉnh thiết kế cho phù hợp với yêu cầu ứng dụng thực tế.

IV. Ứng dụng của nguồn giả vật đen trong hiệu chỉnh ảnh nhiệt

Nguồn giả vật đen có vai trò quan trọng trong việc hiệu chỉnh ảnh nhiệt, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Kỹ thuật hiệu chỉnh bất đồng nhất (NUC) sử dụng nguồn giả vật đen để chuẩn hóa các đặc trưng đáp ứng của camera ảnh nhiệt. Điều này giúp giảm thiểu các tạp nhiễu và cải thiện chất lượng hình ảnh. Các camera ảnh nhiệt hiện đại thường sử dụng nguồn giả vật đen để thực hiện quy trình NUC, đảm bảo rằng các ảnh thu được có độ chính xác và đáng tin cậy. Việc phát triển và ứng dụng nguồn giả vật đen trong các hệ thống camera ảnh nhiệt sẽ góp phần nâng cao hiệu suất và khả năng hoạt động của các thiết bị này trong thực tế.

4.1. Hiệu chỉnh bất đồng nhất ảnh nhiệt

Hiệu chỉnh bất đồng nhất ảnh nhiệt là một quy trình quan trọng trong việc xử lý tín hiệu của camera ảnh nhiệt. Quy trình này giúp loại bỏ các tạp nhiễu và bất đồng nhất trong ảnh thu được, từ đó nâng cao chất lượng hình ảnh. Việc sử dụng nguồn giả vật đen trong quy trình NUC cho phép chuẩn hóa các đặc trưng đáp ứng của các thành phần trong hệ thống camera. Kỹ thuật này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác của ảnh thu được mà còn đảm bảo rằng các thông tin quan trọng được truyền tải một cách rõ ràng và chính xác. Sự phát triển của nguồn giả vật đen sẽ đóng góp tích cực vào việc nâng cao chất lượng và hiệu suất của các camera ảnh nhiệt trong các ứng dụng thực tế.

25/01/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu và kết luận, các nội dung nghiên cứu của luận án đƣợc trình bày trong 4 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết về bức xạ vật đen. Chƣơng 2: Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng bức xạ của hốc phát xạ vật đen. Chƣơng 3: Nghiên cứu tính toán hệ số phát xạ hƣớng pháp tuyến hiệu dụng của hốc hình trụ - đáy nón lõm. 17 Chƣơng 4: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và đánh giá đặc trƣng nguồn giả vật đen dựa trên hốc hình trụ - đáy nón lõm cho hiệu chỉnh bất đồng nhất ảnh của camera ảnh nhiệt.

Các nghiên cứu của luận án sử dụng phƣơng pháp tính toán lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm. Những đóng góp chính của luận án về mặt khoa học và thực tiễn là: - Sử dụng kỹ thuật đa thức nội suy bậc 2 để tính hệ số phát xạ hiệu dụng của hốc phát xạ dạng hình trụ - đáy nón lõm trên cơ sở phƣơng trình tích phân mô tả tƣơng tác bức xạ trong hốc khuếch tán hoàn toàn và đẳng nhiệt. Phƣơng pháp tiếp cận này chƣa thấy công bố trong các công trình khoa học liên quan tới tính toán thiết kế và chế tạo các hốc phát xạ vật đen. - Xây dựng giải thuật tính hệ số phát xạ hƣớng pháp tuyến hiệu dụng của hốc dạng hình trụ - đáy nón lõm đẳng nhiệt dựa trên kỹ thuật mô phỏng Monte Carlo cho các quá trình bức xạ.

Mô hình bề mặt phản xạ khuếch tán theo hƣớng trên mặt phẳng hai chiều đƣợc sử dụng trong các phép mô phỏng. Đây là một đóng góp mới trong mô phỏng Monte Carlo để tính toán, thiết kế hệ thống cho các hốc phát xạ vật đen. - Thiết kế và chế tạo đƣợc một thiết bị nguồn giả vật đen dựa trên hốc phát xạ dạng hình trụ - đáy nón lõm cho bức xạ ra ở vùng 8-12 m và đạt các yêu cầu kỹ thuật đề ra. - Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở để thiết kế, chế tạo các nguồn giả vật đen dạng vật lý, phục vụ các nghiên cứu về kỹ thuật NUC cho camera ảnh nhiệt trong điều kiện phòng thí nghiệm cũng nhƣ trong điều kiện khai thác thực tế của các thiết bị này.

Đây là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn và có nhu cẩu rất cao trong nghiên cứu - phát triển, ứng dụng và đảm bảo kỹ thuật cho các camera ảnh nhiệt chuyên dụng ở điều kiện Việt nam. - Các kết quả và nội dung nghiên cứu của luận án còn đƣợc thể hiện ở các công trình đƣợc công bố trong các tạp chí và các hội nghị khoa học chuyên ngành trong nƣớc và quốc tế. 18 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BỨC XẠ VẬT ĐEN Bức xạ nhiệt là hiện tƣợng biến đổi nhiệt năng (hay nội năng của vật) thành năng lƣợng sóng điện từ (dải phổ từ 0,1 đến 1. Mọi vật thể có nhiệt độ lớn hơn 0 độ tuyệt đối đều phát xạ bức xạ nhiệt.

Bức xạ nhiệt phát ra bởi một bề mặt bao gồm một dải bƣớc sóng liên tục, với đặc trƣng cơ bản là năng lƣợng bức xạ phân bố phụ thuộc bƣớc sóng và hƣớng [26,28,43]. Bức xạ nhiệt lan truyền trong không gian và tƣơng tác với các môi trƣờng quang tuân thủ các định luật của quang học. Trong chƣơng này, chúng tôi trình bày tổng lƣợc về các đặc trƣng bức xạ, lý thuyết bức xạ của nguồn vật đen tuyệt đối và nguồn bức xạ giả vật đen. Các đại lƣợng đặc trƣng bức xạ nhiệt 1.

Công suất bức xạ Đại lƣợng công suất bức xạ (radiant power) hay thông lƣợng bức xạ (radiant flux) đặc trƣng cho năng lƣợng bức xạ trên một đơn vị thời gian [44-46]: (1.1) trong đó Q là năng lƣợng bức xạ, (J); t là thời gian, (s). Để mô tả phân bố công suất bức xạ theo bƣớc sóng, ngƣời ta sử dụng đại lƣợng công suất bức xạ phổ (spectral radiant power) hay thông lƣợng phổ (spectral flux), đƣợc định nghĩa là công suất bức xạ tại bƣớc sóng  trên một đơn vị phổ d [45]: (1. Độ trƣng bức xạ Để đặc trƣng cho phân bố theo hƣớng của năng lƣợng bức xạ xuất phát từ một bề mặt, đại lƣợng độ trƣng bức xạ (radiance) L đƣợc sử dụng. Độ trƣng bức xạ là thông lƣợng d phát xạ bởi một đơn vị diện tích bề mặt dA vào một đơn vị góc khối d xung quanh hƣớng (Hình 1.

Trong đó, dA có thể là bề mặt vật lý thực hoặc bề mặt ảo nào đó trong không gian. Để đặc trƣng đồng thời tính chất phụ thuộc phổ và hƣớng của năng lƣợng bức xạ, ngƣời ta thƣờng sử dụng đại lƣợng độ trƣng phổ (spectral radiance) [26,43-45,47]: 19 (1.3) với  là bƣớc sóng,  và  là các tọa độ góc trong hệ tọa độ cầu (Hình 1.3), độ trƣng bức xạ L đƣợc tính nhƣ là tích phân của L, theo mọi bƣớc sóng, hay là. Do độ trƣng phổ luôn mang tính chất là đại lƣợng đặc trƣng về hƣớng của bức xạ, nên trong luận án, để thuận tiện, tác giả sử dụng ký hiệu thay vì để biểu diễn độ trƣng bức xạ phổ.1: Độ trƣng bức xạ [47].2: Hệ tọa độ cầu và đơn vị góc khối d [47]. Độ thoát xạ Để đặc trƣng cho bức xạ rời khỏi bề mặt, ngƣời ta sử dụng đại lƣợng độ thoát xạ phổ (spectral exitance), M (W.m-1), đƣợc tính bởi công suất bức xạ phổ thoát khỏi một đơn vị diện tích [26,44]: (1.4) có thể dễ dàng nhận đƣợc bằng cách thay (1.5) với d trong hệ tọa độ cầu (Hình 1.2) đƣợc tính là [26,43,47]: (1.6) Trƣờng hợp phát xạ từ bề mặt không phụ thuộc hƣớng, hay bề mặt phát xạ ấy là khuếch tán, từ phƣơng trình (1.4) chúng ta có: (1.7) Tích phân của độ thoát xạ phổ theo mọi bƣớc sóng, , đƣợc gọi là độ thoát xạ tổng của một bề mặt, đặc trƣng cho quá trình phát xạ (emission) của bề mặt ấy.

Độ thoát xạ thƣờng đƣợc sử dụng để mô tả phát xạ của bề mặt khuếch tán hoàn toàn hay bề mặt của vật đen tuyệt đối. Cƣờng độ bức xạ Đại lƣợng cƣờng độ bức xạ (radiant intensity) I biểu diễn phần thông lƣợng bức xạ trên một đơn vị góc khối, là một đại lƣợng có đặc trƣng hƣớng, cũng rất hay đƣợc sử dụng trong nghiên cứu đo lƣờng quang bức xạ [45,47]: (1. Độ rọi xạ Xem xét trƣờng hợp bức xạ đƣợc chiếu tới một bề mặt, độ trƣng phổ của bức xạ chiếu cũng đƣợc tính tƣơng tự nhƣ (1.9) 21 trong đó ký hiệu i để chỉ bức xạ chiếu (irradiation).9), là độ trƣng phổ của bức xạ có thông lƣợng chiếu tới một đơn vị của bề mặt chặn theo hƣớng xác định bởi tọa độ góc tới , trên góc khối xung quanh hƣớng tới. Để đặc trƣng cho bức xạ chiếu trên bề mặt, đại lƣợng độ rọi phổ (spectral irradiance) E() (W.m-1) đƣợc sử dụng.

Trong hệ tọa độ cầu đại lƣợng này đƣợc xác định tƣơng tự (1.10) Cũng nhƣ vậy, độ rọi xạ tổng (iradiance) (W.m-2) đƣợc tính bằng cách lấy tích phân của độ rọi phổ E() (1.10) trên toàn bộ dải bƣớc sóng. Hấp thụ, phản xạ, truyền qua bức xạ Giả sử một bức xạ bị chặn lại bởi một môi trƣờng quang học (chất rắn hoặc chất lỏng) trên đƣờng lan truyền của nó, bức xạ này có thể bị phản xạ, hấp thụ bởi môi trƣờng hoặc truyền qua môi trƣờng ấy. Ở trạng thái cân bằng bức xạ trong môi trƣờng đang xét, quy luật bảo toàn năng lƣợng phải đƣợc tuân thủ.11) trong đó , , , và là thông lƣợng bức xạ tới, phản xạ, bức xạ bị hấp thụ và bức xạ truyền qua môi trƣờng tƣơng ứng. Chia cả hai vế của (1.12) đƣợc gọi là hệ số phản xạ phổ, hệ số hấp thụ phổ và hệ số truyền qua bức xạ phổ (hay các hệ số bức xạ đơn sắc) của môi trƣờng đang xét, tƣơng ứng.

Các đại lƣợng này cũng có tính chất đặc trƣng theo hƣớng. Để mô tả cho tính chất hay khả năng bức xạ nói chung của vật liệu thì , , đƣợc gọi là độ phản xạ, độ hấp thụ, độ truyền qua của vật liệu ấy nhằm phân biệt với các hệ số kể trên vốn liên quan tới hệ vật lý cụ thể. Bức xạ của vật đen tuyệt đối 1. Năng suất phát xạ đơn sắc Năng suất phát xạ đơn sắc của một vật r,T là năng lƣợng bức xạ từ một đơn vị diện tích của vật trong một đơn vị thời gian trên một khoảng bƣớc sóng d.

Nhƣ vậy, năng suất phát xạ đơn sắc của một bề mặt vật lý chính là độ thoát xạ phổ M,T của bề mặt ấy [44,45,47]. Đối với vật có khả năng hấp thụ và phát bức xạ nhiệt, theo định luật về bức xạ nhiệt cân bằng của Kirchhoff [26,45,48], ta có tỷ số giữa năng suất phát xạ đơn sắc r,T và hệ số hấp thụ đơn sắc của một vật bất kỳ ở trạng thái bức xạ nhiệt cân bằng thì không phụ thuộc vào bản chất của vật đó, mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T của vật và bƣớc sóng bức xạ .13) Hàm là chung cho mọi vật nên đƣợc gọi là hàm phổ biến. Đối với trƣờng hợp vật có hệ số hấp thụ đơn sắc bằng đơn vị ( ), thì hàm phổ biến chính là năng suất phát xạ đơn sắc của nó ( ). Đặc trƣng phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối Vật đen tuyệt đối (hay còn gọi là vật đen lý tƣởng) là vật có khả năng hấp thụ hoàn toàn năng lƣợng mọi bức xạ điện từ tới nó ở mọi nhiệt độ, bất kể bƣớc sóng và hƣớng tới [26,43-45,47,50].

Nói cách khác, theo (1.12) thì vật đen là vật ở trạng thái cân bằng nhiệt động, tƣơng ứng với trƣờng hợp , và. Bức xạ vật đen tuyệt đối có những đặc tính: đẳng hƣớng và đồng nhất (bức xạ Lambert); không phân cực, phổ bức xạ liên tục; bức xạ vật đen tại một bƣớc sóng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Hai vật đen tuyệt đối bất kỳ bức xạ nhƣ nhau ở cùng một nhiệt độ và vật đen tuyệt đối có bức xạ lớn nhất so với bất kỳ vật thể thực nào ở cùng nhiệt độ. Trƣờng bức xạ bên trong hốc quang học ở trạng thái cân bằng nhiệt động cũng đƣợc coi là bức xạ có đặc tính của vật đen tuyệt đối [26,44,50].

Phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nó, năng lƣợng trong phổ tuân theo quy luật phân bố bức xạ Plank [26,47]: (1.14) 23 trong đó r,T là năng suất phát xạ đơn sắc; h= 6,626 x 10−34(J⋅s) là hằng số Plank; c=2,998x108 (m⋅s−1) là tốc độ ánh sáng trong chân không;  là bƣớc sóng bức xạ, (m); k = 1,381×10−23(J.K-1) là hằng số Boltzmann; T là nhiệt độ tuyệt đối.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Luận án "Luận án về phát triển nguồn giả vật đen cho hiệu chỉnh ảnh thu từ camera nhiệt" tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển nguồn giả vật đen, một yếu tố quan trọng trong việc hiệu chỉnh ảnh thu được từ camera nhiệt. Bài viết này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về các phương pháp hiệu chỉnh ảnh mà còn nhấn mạnh tầm quan trọng của nguồn giả vật đen trong việc nâng cao độ chính xác của các hệ thống camera nhiệt. Độc giả sẽ nhận được những thông tin hữu ích về cách thức hoạt động của camera nhiệt và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như khoa học vật lý và công nghệ.

Nếu bạn quan tâm đến các nghiên cứu liên quan đến vật lý và công nghệ, bạn có thể tham khảo thêm các tài liệu sau đây:

Những tài liệu này sẽ giúp bạn mở rộng kiến thức và hiểu biết về các lĩnh vực liên quan đến vật lý và công nghệ hiện đại.