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Messungen in kombinierten diffusen Reflexions- und Transmissionsgeometrien

08.01.2015

Für Anwendungen in der radiometrischen Rückführung von Fernerkundungssatelliten ergibt sich derzeit eine steigende Nachfrage von kombinierten Messungen in gerichteten diffusen Reflexions- und Transmissionsgeometrien. Mit dem roboterbasierten Gonioreflektometer der PTB wurde die winkelaufgelöste Reflexions-/Transmissionsindikatrix an einer Opalglasscheibe bei Wellenlängen im Bereich zwischen 270 nm und 700 nm durchgeführt. Damit werden jetzt für neuentwickelte Materialien der Mic-Volumenstreuer die Einflüsse der Eingangspolarisation wesentlich reduziert und eine verbesserte metrologische Rückführung ermöglicht. 

Die satellitengestützte Fernerkundung der Erdoberfläche erlangt eine immer größere Bedeutung in verschiedensten Gebieten der Geowissenschaften, wie z.B. der Geologie, Geodäsie, Meteorologie, Ozeanografie und Glaziologie. Gerade in Zeiten des mittlerweile sehr wahrscheinlich schon eingesetzten Klimawandels sind verlässliche Daten zur Bestätigung oder dem Ausschluss verschiedener Klimamodelle unerlässlich. Nur mit Hilfe von Fernerkundungssensoren auf verschiedensten Satellitenplattformen ist eine ständige globale Beobachtung der Erdoberfläche bzw. der Erdatmosphäre mit hoher räumlicher Auflösung möglich. Von größtem Interesse ist hierbei der optische Bereich des atmosphärischen Fensters. Dies entspricht Wellenlängen im Bereich von 250 nm bis 2500 nm.

Photo des Messaufbaus für die kombinierte BRDF/BTDF-Messung

Für verlässliche Ergebnisse benötigen satellitengestützte Fernerkundungssensoren eine metrologische Rückführung durch Anbindung an das SI-Einheitensystem. Nur so ist die Konstanz der Messergebnisse und somit eine Interpretation der Langzeitmessdaten über mehrere Satellitengenerationen hin gewährleistet. Für die radiometrische Rückführung von Fernerkundungssatelliten ergibt sich derzeit eine steigende Nachfrage von kombinierten Messungen in gerichteten diffusen Reflexions- und Transmissionsgeometrien, sogenannten BRDF- und BTDF-Geometrien (BRDF: Bidirectional Reflectance Distribution Function, BTDF: Bidirectional Transmittance Distribution Function). Gerade die BTDF-Geometrien haben hierbei ein großes Potential für die radiometrische Rückführung. Theoretische Studien zeigen, dass für neuentwickelte Materialien der Klasse der Mie-Volumenstreuer die Einflüsse von Eingangspolarisation und räumlicher Kohärenz entweder nicht vorhanden oder stark reduziert sind. Desweiteren hat der Transmissionmodus den Vorteil, dass hier keine spekulare Komponente existiert.

Mit dem roboterbasierten Gonioreflektometer der PTB sind im Prinzip auch solche diffusen Transmissionsmessungen möglich. In einer ersten Anwendung wurden solche kombinierten Messungen der winkelaufgelösten Reflexions-/Transmissionsindikatrix an einer Opalglasscheibe bei Wellenlängen im Bereich zwischen 270 nm und 700 nm durchgeführt.

Kombinierte Reflexions-/Transmissionsindikatrix an einer 2mm dicken Scheibe eines speziellen Mie-Volumenstreuers

Die Grafik zeigt die Ergebnisse einer kombinierten BRDF/BTDF-Messung an einer 2 mm dicken Scheibe eines speziellen Mie-Volumenstreuers. Gerade im Bereich der BTDF-Messung im kurzwelligen Spektralbereich ist ein verbessertes lambertsches Verhalten zu beobachten, erkennbar bei der Wellenlänge von 270 nm an einem nahezu horizontalen Verlauf der Transmission in einem weiten Winkelbereich.