Tav.8_1. Grandezze radiometriche spettrali.

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1 Tav.8_1. Grandezze radiometriche spettrali. Componenti di segnale a differente lunghezza d onda Superficie di riferimento Segnale Φ TOT Ad ogni componente di onda piana di lunghezza d onda λ è associata una frazione Φ λ, misurata all interno della banda λ- λ<λ< λ+ λ, del flusso di potenza totale Φ TOT che transita attraverso la superficie di riferimento. La densità spettrale di flusso rappresenta la frazione Φ λ rapportata alla banda 2 λ per λ tendente a zero: Φ λ = lim 0 λ 2 Φ λ λ

2 Tav.8_2. Angolo solido e superficie proiettata. R Area A proiettata dal cono sulla superficie sferica di raggio R A Angolo solido: Ω = A 2 R θ Normale alla superficie A A 0 Area proiettata: A = A 0 cos( θ )

3 Tav.8_3. Geometria per la definizione di intensità radiante. dφ θ P dω Angolo solido Flusso di potenza radiante infinitesimo. φ

4 Tav.8_4. Geometria per la definizione di irradianza. Flusso di potenza incidente o emergente P 0 Superficie ds 0

5 Tav.8_5. Geometria per la definizione di irradianza downward e upward. Flusso di potenza emisfero superiore P 0 P 0 ds 0 ds 0 Superficie Flusso di potenza emisfero inferiore

6 Tav.8_6. Geometria per la definizione di radianza. Normale alla superficie Area proiettata: θ ( ) ds = ds 0 cosθ 2 d Φ ds 0 P dω Angolo solido φ

7 Tav.8_7. Geometria per il calcolo del flusso sorgente/ricevitore. Normale alla superficie P A da 0 ds 0 P s θ R ψ Superficie ricevente A 0 Superficie sorgente S 0 φ

8 Tav.8_8. Flusso sorgente/ricevitore: sorgente puntiforme. P A Sorgente puntiforme S 0 θ R ψ Superficie ricevente A 0 φ

9 Tav.8_9. Legge di Planck. Curve della radianza spettrale di corpo nero.

10 Tav.8_10. Esempio di irradianza spettrale di sorgenti selettive.

11 Tav.8_11. Interazione superficiale all interfaccia di due mezzi omogenei Superficie d interfaccia fra i due mezzi Radiazione incidente φ i Radiazione trasmessa φ t φ r Radiazione riflessa φ a Radiazione assorbita Mezzo 1 Mezzo 2

12 Tav.8_12. Angolo solido per la misura del flusso di potenza radiante. Emisferico Conico Direzionale Geometrie per gli angoli solidi direzionali, conici ed emisferici

13 Tav.8_13. Riflettanza e trasmittanza direzionali. Geometria per la definizione della riflettanza direzionale-emisferica Geometria per la definizione della trasmittanza direzionale-emisferica

14 Tav.8_14. Definizione di riflettanza spettrale diffusa sub-superficiale. z 0 Mezzo 1 Mezzo 2 R ( ) ( ) Eu 0, λ 0, λ = ( E 0, λ) d z 0 E d ( z 0,λ) E u ( z 0,λ) Flusso di potenza radiante incidente alla profondità z 0 Flusso di potenza radiante emergente a profondità z 0

15 Tav.8_15. Le sostanze otticamente attive dell acqua marina. CO 2 Fotosintesi Phytoplankton Produzione di carboidrati Sostanza gialla Batteri Nutrienti Ai successivi anelli della catena alimentare Sostanza organica Prodotti di decomposizione Particellato inorganico SiO 2 CaCO 3

16 Tav.8_16. Riflettanza subsuperficiale dell acqua marina

17 Tav.8_17. Variazioni della riflettanza subsuperficiale dell acqua marina con la concentrazione di fitoplancton e particelle nonclorofillacee. Aumento della concentrazione di fitoplancton Aumento della concentrazione di particelle non-clorofillacee

18 Tav.8_18. Trasferimento radiativo in atmosfera. ssorbimento della adiazione all interno el mezzo z r r + dr ( r) dl( r) L + θ L( r) r Diffusione della radiazione in direzioni diverse da quella di osservazione

19 Tav.8_19. Atmosfera con struttura a piani paralleli omogenei. z z = r cos( θ ) r θ Atmosfera N i ( z) 0 Superficie terrestre

20 Tav.8_20. Effetti dell atmosfera sull irradianza solare.

21 Tav.8_21. Leggi della riflessione e della rifrazione. Raggio incidente θ i θ r Raggio riflesso Raggio incidente θ i Legge di Snell sen sen ( θi ) n2 = ( θr ) n1 Mezzo 1 Mezzo 1 Mezzo 2 Mezzo 2 θ i =θ r Raggio rifratto θ r

22 Tav.8_22. Riflessione speculare e riflessione diffusa. θ i θ r Riflessione speculare Mezzo 1 Mezzo 2 Mezzo 1 Riflessione diffusa Mezzo 2

23 Tav.8_23. Principio di Huygens-Fresnel. S Sorgente d onda sferica R ds n θ r i r Q Superficie S del fronte d onda n i R P R P θ r Superficie infinitesima sul fronte d onda S Q

24 Tav.8_24. Punti focali e punti principali di un sistema ottico. Superfici di interfaccia Raggi luminosi da sinistra Punto principale secondario Fuoco secondario Asse ottico uoco primario Raggi coniugati Punto principale primario Piani principali

25 Tav.8_25. Formazione delle immagini in un sistema ottico. ggetto h Fuoco primario P o D Punto principale primario Punto principale secondario A Fuoco secondario F 1 O F 1 O 2 2 C B x f 1 f 2 x d 0 d i h P i Immagine Piani principali

26 Tav.8_26. Sistema ottico a due componenti. f a f b Fuoco Asse ottico d f ab Piani principali del sistema a due componenti

27 Tav.8_27-a). Geometria per la valutazione del campo irradiato attraverso un apertura. P Q S ( x a, y a ) ( x, y, z) ( x, y z ) 0 0, 0 Apertura y, y a x, x a r Q P r 0 d i z S orgente di nda sferica Schermo opaco Piano immagin

28 Tav.8_27-b). Geometria per la valutazione del campo irradiato attraverso un apertura. y Lente Q Apertura P θ r R z 0 r 0 0 θ 0 d i z R 0 S ( x, y z ) 0 0, 0 Piano oggetto Schermo opaco Piano immagine

29 Tav.8_28. Schematizzazione di un sistema ottico diffraction-limited E ( x ) E p ( x, y) E i ( x, y) 0 0, y0 Proiezione sul piano immagine ( x y) h, Illuminazione coerente E p ( x, y) = E ( m x m y ) 0 0, 0 I ( x ) I p ( x, y) I i ( x, y) 0 0, y0 Proiezione sul piano immagine h ( x, y) 2 Illuminazione non-coerente I p ( x, y) = I ( m x m y ) 0 0, 0

30 Tav.8_29. Risposta impulsiva per apertura rettangolare. p x a a a ( xa, ya ) = gate gate h ( x y ) = Sa π a Sa π a ( ) y a 1 a b λ d 2 2, 2 i x λ d i y λ d i 1 p ( x a, y a ) h h ( x,0) ( 0,0) -a/2 -b/2 a/2 b/2 y a x a

31 Tav.8_30. Risposta impulsiva per apertura circolare. p r a a ( r ) = gate a a 2 a r = x + y 2 a h () r = 2 J π π 1 r r 0 r r 0 2 r = x + r 0 = λ d i y a 2 1 p ( x a, y a ) () r h h() 0 a/2 y a x a

32 Tav.8_31. Aberrazioni dei sistemi ottici: coma ed aberrazione sferica Coma Coma A P B A F Aberrazione sferica B

33 Raggio principale Tav.8_32. Aberrazioni dei sistemi ottici: astigmatismo. Asse ottico Sistema ottico Centro della lente Immagine tangenziale Immagine sagittale Oggetto Piano tangenziale Piano sagittale

34 Tav.8_33. Aberrazioni dei sistemi ottici: curvatura del campo e distorsione. Piano immagine parassiale A Curvatura del campo B Superficie Immagine reale Distorsione Immagine distorta Immagine non distorta

35 Tav.8_34. Aberrazioni dei sistemi ottici: aberrazione cromatica. λ 3 λ 2 λ 1 F 1 F 2 F 3 λ < 1 < λ2 λ3

36 Tav.8_35. Schema di un quantizzatore con compressione ed espansione della dinamica (compandor). w = f ( u) u a w q a w u = g ( ) q w q wq u Compressore w Quantizzatore uniforme a L livelli w q Espansore u q

37 Tav.8_36. Indici di prestazione: risoluzione. δ Immagine risultante Piano immagine Immagini delle singole sorgenti puntiformi

38 Tav.8_37. Indici di prestazione: campo di vista. Sensore r d r a θ D t f d Angolo solido ω fov Superficie inquadrat

39 Tav.8_38. Schema di sensore con matrice di rivelatori elementari. Unità di scansione e controllo Unità di misura Quantizzatore Matrice di rivelatori

40 Tav.8_39. Pattern di scansione. Campo di vista Istantaneo IFOV θ ifov θ Sensore Campo di vista FOV θ fov Superficie osservata