一種推掃色散型成像光譜儀的快速絕對輻射定標方法
2023-06-17 23:53:26
一種推掃色散型成像光譜儀的快速絕對輻射定標方法
【專利摘要】本發明公開了一種推掃色散型成像光譜儀的快速絕對輻射定標方法，通過採用鎢燈與氙燈的組合作為光源，調整兩種光源的亮度比例可以得到不同光譜特徵的光源，彌補了僅由鎢燈做光源時短波波段輻亮度低的不足；並在採集過程中，多次調節鎢燈與氙燈的亮度比例，這種調節不需要精確的控制，只保證亮度比有所改變即可，因此可在短時間內完成，分別測試成像光譜儀的響應，並用標準光譜輻射度計進行監測，這種數據採集方式可提供多組光譜特徵不同的數據，計算絕對輻射定標係數時便可以從中擇優使用；最後，在計算絕對輻射定標係數時，從實驗數據中選擇成像光譜儀響應最高的一組，定標精度得到保證，計算過程全部由計算機完成，保證了計算效率。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光譜儀定標【技術領域】，尤其涉及一種推掃色散型成像光譜儀的快速絕 對輻射定標方法。 一種推掃色散型成像光譜儀的快速絕對輻射定標方法
【背景技術】
[0002] 成像光譜技術是一種將成像技術與光譜技術相結合的新型遙感技術，可同時實現 目標的空間信息與光譜信息的獲取。近年來，成像光譜技術已經成為對地觀測和深空探測 的重要手段，湧現出的各種成像光譜系統廣泛應用於農牧林生產、礦產資源勘探、海洋遙 感、軍事偵察等領域。
[0003] 推掃色散型成像光譜儀是一種較為常見的成像光譜系統，其原理簡潔、性能穩定、 技術發展較為成熟並且取得了很好的應用效果。在結構上均含有狹縫，入射的複色光被聚 焦在狹縫上，稜鏡或光柵等色散元件將其色散分成不同波長，並且在面陣探測器上成像，由 探測器測量每一個譜元的強度。狹縫限定了垂直運動軌跡方向的長度，儀器在垂直於狹縫 的方向上運動產生第二維空間數據信息。
[0004] 在成像光譜儀投入使用之前，需要進行絕對輻射定標，其目的是根據探測器的響 應特徵，建立成像光譜系統的響應輸出量值與入瞳處所接收的輻射量值之間的對應關係。 對於推掃色散型成像光譜儀，絕對輻射定標的前提是完成光譜定標工作，這是由於絕對輻 射定標工作中將必然使用到某些光譜定標工作所得到的數據，例如探測器每個像元的光譜 響應中心波長和響應帶寬等。因此，光譜定標的精度將直接影響絕對輻射定標的精度，而光 譜定標的精度與成像光譜系統的光機結構穩定性有著緊密聯繫，長期的重力作用、溫溼度 的改變、儀器搬運引起的震動、儀器的拆卸和重新安裝等都會改變系統的結構，從而間接影 響成像光譜儀的絕對輻射定標精度。為了保證探測精度，需要不定期地對儀器進行重複定 標，而現有定標技術通常需要耗費大量時間。
[0005] 目前，常用的如下兩種定標方法：
[0006] 1)採用產生均勻單色光的方法，即在紫外、可見及近紅外波段採用單色儀與積分 球結合或可調諧雷射器與積分球結合的方式，在中遠紅外採用面源黑體與濾光片相結合的 方法實現，雖採用裝置不同，但原理類似。然而，由於推掃色散型成像光譜儀光路中含有分 光系統，當輸入光為單色光時，探測器上只有數行像元對其有響應，在圖像上體現為一條白 線；因而，成像光譜儀和光譜輻射度計對每個單色光所採集的數據，只可完成探測器上對此 光有響應的數行像元的絕對輻射定標，若要完成所有像元的絕對輻射定標，需要多次改變 單色儀波長進行數據採集和處理。這種方法耗時多、效率低，不適用於需要經常定標的色散 型成像光譜系統。
[0007] 2)使用複色光源配合大積分球的方法。使用經過計量機構標定過的標準輻射度計 標定積分球，然後使用積分球標定成像光譜儀，此裝置中配合積分球使用的複色光源一般 由鎢燈提供。由於裝置中使用複色光源，此時儀器的輸出將是一條明暗不均勻的條帶，條帶 寬度將覆蓋探測器的大部分像元，其明暗特徵將與輸入光源的光譜特徵相關。然而，該方法 中使用的鎢燈在短波波段輻亮度較低，且為了防止長波過曝光而損傷探測器，光源的整體 亮度不能無限增加，這樣導致短波波段的定標光源難以達到較高亮度等級，定標精度將難 以保證。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的是提供一種推掃色散型成像光譜儀的快速絕對輻射定標方法，可大 大提高推掃色散型成像光譜儀的定標效率，並確保了絕對輻射定標的精度。
[0009] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0010] 一種推掃色散型成像光譜儀的快速絕對輻射定標方法，該方法包括：
[0011] 通過調整光源中鎢燈氙燈的亮度的比例，再利用成像光譜儀來獲得K組組合 光源及其對應的測試信號DNji，j，k)，並與暗噪聲DNji，j)相減，獲得每一組組合光源 的響應信號值DN(i，j，k)，再利用標準光譜輻射度計獲得每一組組合光源的光譜輻亮度 值W( λ，k);其中，i表示像元所在行序數，j表示像元所在列序數，λ表示波長，k = 1，2，3，· · ·，K ;
[0012] 對於每一像元（i，j)，查找K組組合光源的響應信號值中最高的一組DN(i，j，m)及 其對應的光譜輻亮度值W ( λ，m);根據所述光譜輻亮度值W ( λ，m)，利用線性插值法計算像 元（i，j)的光譜響應中心波長λ (i，j)對應的輻亮度值W(A (i，j)，m)，來作為像元（i，j) 接收的標準輻射量值；
[0013] 將所述像元（i，j)接收的標準輻射量值wu (i，j)，m)與響應信號值DN(i，j，m) 相除獲得像元（i, j)的絕對福射定標係數c(i, j)。
[0014] 由上述本發明提供的技術方案可以看出，採用鎢燈與氙燈的組合作為光源，調整 兩種光源的亮度比例可以得到不同光譜特徵的光源，彌補了僅由鎢燈做光源時短波波段輻 亮度低的不足；並在採集過程中，多次調節鎢燈與氙燈的亮度比例，這種調節不需要精確的 控制，只保證亮度比有所改變即可，因此可在短時間內完成，分別測試成像光譜儀的響應， 並用光譜輻射度計進行監測，這種數據採集方式可提供多組光譜特徵不同的數據，計算絕 對輻射定標係數時便可以從中擇優使用；最後，在計算絕對輻射定標係數時，從實驗數據中 選擇成像光譜儀響應最高的一組，定標精度得到保證，計算過程全部由計算機完成，保證了 計算效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本 領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 附圖。
[0016] 圖1為本發明實施例一提供的一種推掃色散型成像光譜儀的快速絕對輻射定標 方法的流程圖；
[0017] 圖2為本發明實施例一提供的一種用於推掃色散型成像光譜儀的快速絕對輻射 定標的裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本 發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬於本發明的保護範圍。
[0019] 實施例一
[0020] 圖1為本發明實施例一提供的一種推掃色散型成像光譜儀的快速絕對輻射定標 方法的流程圖。如圖1所示，該方法主要包括如下步驟：
[0021] 步驟11、通過調整光源中鎢燈氙燈的亮度的比例，再利用成像光譜儀來獲得K組 組合光源及其對應的測試信號DNji，j，k)，並與暗噪聲DNji，j)相減，獲得每一組組合 光源的響應信號值DN(i，j，k)，再利用標準光譜輻射度計獲得每一組組合光源的光譜輻亮 度值W( λ，k);其中，i表示像元所在行序數，j表示像元所在列序數，λ表示波長，k = 1，2, 3, · · ·，K〇
[0022] 步驟12、對於每一像元（i，j)，查找Κ組組合光源的響應信號值中最高的一組 DN(i，j，m)及其對應的光譜輻亮度值W( λ，m);根據所述光譜輻亮度值W( λ，m)，利用線性 插值法計算像元（i, j)的光譜響應中心波長λ (i, j)對應的福亮度值W〇 (i, j)，m)，來作 為像元（i, j)接收的標準福射量值。
[0023] 步驟13、將所述像元（i，j)接收的標準輻射量值W(X (i，j)，m)與響應信號值 DN(i, j，m)相除獲得像元（i, j)的絕對福射定標係數c(i, j)。
[0024] 進一步的，所述暗噪聲DNjid)包括：在暗室環境下，測試像元數為IX J的成像 光譜儀的暗噪聲 DNQ(i，j)，其中，i = 1，2,3，...，1，j = 1，2,3，...，J。
[0025] 進一步的，所述獲得每一組組合光源的響應信號值DN(i，j，k)表示為：
[0026] DN(i, j, k) = DNc(i, j, k) - DN〇(i, j) 〇
[0027] 進一步的，所述查找像元（i，j)的K組組合光源的響應信號值中最高的一組 DN(i, j, m)表示為：
[0028] DN (i, j, m) = max {DN (i, j, k)，k = 1，2, 3, · · ·，K}。
[0029] 進一步的，所述將所述像元（i，j)接收的標準輻射量值WU (i，j)，m)與響應信號 值DN(i, j, m)相除獲得像元（i, j)的絕對福射定標係數c (i, j)表示為：
[0030]
【權利要求】
1. 一種推掃色散型成像光譜儀的快速絕對輻射定標方法，其特徵在於，該方法包括： 通過調整光源中鎢燈氙燈的亮度的比例，再利用成像光譜儀來獲得K組組合光源及其 對應的測試信號DN。(i，j，k)，並與暗噪聲(i，j)相減，獲得每一組組合光源的響應信號 值DN(i，j，k)，再利用標準光譜輻射度計獲得每一組組合光源的光譜輻亮度值W( λ，k);其 中，i表示像元所在行序數，j表示像元所在列序數，λ表示波長，k = 1，2, 3,. . .，K ; 對於每一像元（i，j)，查找Κ組組合光源的響應信號值中最高的一組DN(i，j，m)及其 對應的光譜輻亮度值W( λ，m);根據所述光譜輻亮度值W( λ，m)，利用線性插值法計算像元 (i，j)的光譜響應中心波長λ (i，j)對應的輻亮度值WU (i，j)，m)，來作為像元（i，j)接 收的標準輻射量值； 將所述像元（i，j)接收的標準輻射量值W(A (i，j)，m)與響應信號值DN(i，j，m)相除 獲得像元（i, j)的絕對福射定標係數c (i, j)。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述暗噪聲DNji，j)包括： 在暗室環境下，測試像元數為IX J的成像光譜儀的暗噪聲DNji，」），其中，i = 1，2，3，· · ·，I，j = 1，2，3，· · ·，J〇
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述獲得每一組組合光源的響應信號值 DN(i, j, k)表示為： DN(i, j, k) = DNc(i, j, k) - DNQ(i, j)。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述查找像元（i，j)的K組組合光源的響 應信號值中最高的一組DN(i，j，m)表示為 ： DN (i，j，m) = max {DN (i，j，k)，k = 1，2, 3, · · ·，K}。
5. 根據權利要求1或3或4所述的方法，其特徵在於，所述將所述像元（i，j)接收的標 準輻射量值W(A (i，j)，m)與響應信號值DN(i，j，m)相除獲得像元（i，j)的絕對輻射定標 係數c(i, j)表示為：
6. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於， 所述成像光譜儀與光譜輻射度計置於一維電動平移臺上，且利用一計算機進行成像光 譜儀與光譜輻射度計數據採集與存儲，及一維電動平移臺的移動控制。
【文檔編號】G01J3/28GK104101430SQ201410323960
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】張雪靜, 景娟娟, 周錦松, 李雅燦, 付錫祿, 馮蕾, 曾曉茹 申請人:中國科學院光電研究院