El artículo «Degradation of near infrared and shortwave infrared imager performance due to atmospheric scattering of diffuse night illumination» escrito por Richard Vollmerhausen en 2013, analiza cómo el esparcimiento atmosférico de la iluminación nocturna difusa afecta el desempeño de los sistemas de imágenes en infrarrojo cercano (NIR) e infrarrojo de onda corta (SWIR). El estudio se centra en las noches sin luna, donde la principal fuente de iluminación natural del suelo en estas bandas espectrales es el resplandor del aire (airglow), una capa delgada de radicales hidroxilo excitados situada a unos 87 kilómetros de altitud.
La investigación muestra cómo los aerosoles atmosféricos dispersan esta iluminación difusa, generando radiancia en el trayecto, lo que incrementa el ruido en los sistemas de imágenes. La radiancia del trayecto, o «path radiance», es luz dispersada dentro de la línea de visión del observador que degrada el contraste del objetivo y aumenta el ruido del sistema. Este fenómeno es conocido durante el día cuando la luz solar dispersa limita el rendimiento de los sistemas de imágenes, pero su impacto durante la noche bajo condiciones de resplandor del aire no había sido previamente cuantificado.
Utilizando modelos de dispersión y transmisión atmosférica desarrollados por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (MODTRAN y LOWTRAN), el estudio adapta estos modelos para calcular la radiancia del trayecto causado por aerosoles tanto urbanos como rurales. Se analizan dos escenarios: uno con el objetivo en un campo abierto y otro con el objetivo rodeado por edificios o árboles.
El análisis teórico parte de la premisa de que el ruido en el sistema de imágenes está determinado por la raíz cuadrada del número de fotoelectrones generados por la radiancia de la escena. La radiancia de trayecto añade fotoelectrones de fondo, elevando el ruido del sistema. Los resultados muestran que, para aerosoles urbanos, la radiancia de trayecto domina el ruido de los disparos de la cámara. En zonas rurales, esta dominancia solo ocurre a largas distancias y cuando el objetivo está parcialmente sombreado. El artículo también resalta la importancia de los componentes de ruido en la práctica, como la corriente oscura y el ruido del amplificador en los detectores, que limitan el rendimiento de las imágenes nocturnas.
Se detalla que el impacto práctico de la radiancia de trayecto aumentará a medida que la tecnología evolucione y se reduzca la corriente oscura y el ruido del amplificador en los detectores. Además, se propone la inclusión de funciones de fase de dispersión de Henyey-Greenstein y de Rayleigh en los programas que calculan el ruido de las imágenes para hacer las estimaciones de radiancia de trayecto más accesibles.
El artículo concluye que, aunque hay demasiadas variables para hacer una evaluación sumaria del impacto del resplandor del aire en el rendimiento de los sistemas de imágenes, los modelos presentados son suficientemente directos para predecir el efecto de los aerosoles en el rendimiento nocturno. No obstante, se reconoce que la validación de estos modelos en campo es un tema abierto debido a la dificultad para conocer el contenido de aerosoles y la iluminación espectral en todos los puntos intermedios a lo largo del trayecto atmosférico entre el objetivo y el observador. Las comparaciones con modelos alternativos y la experiencia práctica una vez que se desplieguen los sistemas de imágenes reflectivas a largo alcance proporcionarán más información sobre la precisión de las predicciones del modelo presentado.
En resumen, el trabajo de Vollmerhausen demuestra que la dispersión de la iluminación nocturna difusa por los aerosoles atmosféricos puede degradar significativamente el rendimiento de los sistemas de imágenes NIR y SWIR, especialmente en entornos urbanos, y ofrece una metodología para cuantificar este efecto utilizando modelos atmosféricos bien establecidos.
