专利名称：一种对高光谱干涉数据进行光谱重建的系统和方法
一种对高光itr涉i^进行光谱重建的系统和方法絲领域本发明属于卫星遥感图像处理与分析领域，尤，及一种对高光irF涉数 据进行光谱重建的系统和方法。背景駄2008年9月6日，太原卫星激才中心，HJ-1-A/B星由长征二号丙运i^ic箭 成功鄉升空，其搭载的干涉型成像光谱仪是我国自行研制的航天传麟。这 种成像方式目鹏国内是第一7細于对^H星遥感，区别与一般的光学相机， 其传 1妾收面上得到的为干涉数据，需要经过一系列錢的处理过禾財能重建为光谱图像。根据其成i象机理的特殊性，在高光ire涉自进行光谱重建的过程中，分别从空间维和干涉乡爐行辐射响应的均匀性校正，对干涉 进行 了分段去噪处理，切趾处理和相位校正，进行了娥斜七的光谱复原，并根据卫 M^l寸后的重建光谱的位置来检验光谱重建的正确性。目前，国内尚无可供直 接参考的对高光if^涉l^进行光谱重建的的方法，需要自主研，决。发明内容本发明要解决的技术问题是,一种对高光irf涉数据进行光谱重建系 统和方法。为处理环境M^卫星HJ-1A上搭载的高光谱成像仪,，资源卫星 应用中心开展高光itm据处理算法研究，提出高光谱 处理方案，设计并开 发高光ifl^处理实验系统，对成功处理高光谱图像数据和Hf共高质量高光谱 产品以满足用户需求，具有十分重要的意义。本发明技术方案具体如下200810191798.7光谱重建的系统，其特征在于该系统包括一相对辐射校正单元，基于干涉型高光谱成像仪在焦面上装载的是面阵列的ccd片并且M:全光路光学系统在焦平面上所成的像是干涉影像，采用分步修正的方法进行相对辐射校正；—干涉繊去噪单元，针对干涉繊为过零采样的特点，对光学传^S 收平面的干涉,进行分段去噪处理；一切趾处理单元，对原始干涉图进et刀趾处理来减小重建光谱中因截断函 数导致的體；—相位校正单元，修正光学系统、电子系统等不稳定因素导致的相位體;—光谱复原单元！ M31^干涉数据的辦尔化处理，将干涉娜立方鹏奂 换成光谱图像繊立方体；—光谱检验单元，M1t测成像光谱仪的特征谱线的位置，对实际目标的 光谱图f粒方体进行波长定位。所述相对辐射校正单元执行以下处理过程基于干涉型高光谱成《象仪在焦 面上装载的是面阵列的CCD片并且通过全，各光学系统在焦平面上所成的像是 干涉影像，采用分步修正的方法进行相对辐射校正.繊目对辐射校正过程如下(1) 从实验室中得到i级辐射度下的CCD定标实验 计算出CCD归一化校 正多项式，其中/= 1,2,3,…,10;(2) 对实验室全系统相对定标 禾拥上一步骤中求得的ccd归一化校正多 项式进fi^—个探元的CCD归一化校正。(3)2CCD归一化校正后的全系统数据为输入A ，以空间方向输出DN值的 平均值^作为基准数据X，得到样本数据(、^)，/ = 0,1,..,附，计算出全系统归 一化校正多项式，完成全系统归一化校正。(4) 在干涉维方向用曲线拟合法对直流分量的渐晕趋势进行拟合，将原 始值减去趋势值，即可以校正干涉图像光谱维的光照不均匀，得到光 照均匀的干涉数据。所述干涉数据去噪单元针对干涉数据过零采样的特点，对光学传感 器接收平面的干涉数据进行分段去噪处理；戶;M干涉麵去噪单元的的计算过程如下(1) 分段噪声判定对于小双边部分，干涉维变化较为剧烈，所以从列方向即狭缝维进行判别；求当前点与上下相邻点的差值，若两个差值均大于阈值5 倍，则判断为噪点；对于小双边以外部分，在行方向即干涉维变化较为平缓，所以对 这部分数据中噪声的判定采用较为简单的阈值判定，设定一个阈值， 当数据点DN值超过该阈值时，认为该点为噪声；(2) 去除噪声采用临域平均法和曲线拟合的方法相结合的去噪以更准确地复原 噪点位置处的干涉强度；若噪声点前、后各四点的数据都不为噪声时，认为其为孤立噪声 点，对孤立噪声点采用曲线拟合的方法去除噪声；若噪声点连续出现 或在噪点前、后四点范围内再次出现噪点，此时曲线拟合的方法不适 用，认为这种噪声点为连续噪声点，对连续噪声点釆用邻域平均方法 去噪。所述切趾处理单元从光谱重建精度和光谱分辨率水平两方面来考 虑，采用三角切趾函数对干涉数据进行处理，将原始干涉条纹分布沿 干涉维方向乘以三角切趾函数，使原始干涉分布的两端变化趋于平缓。所述相位校正单元对带有相位误差的干涉数据进行傅立叶变换， 求得相位角随波数分布的函数《，根据&进行相位校正，即可得到正 确的光谱分布5(。。所述v是波数，波数是波长的倒数。所述光谱复原单元的处理过程如下接收高光谱成像仪下传的原始干涉帧数据，该原始干涉帧数据为 单边干涉图并且其数据点为256个；将单边256个干涉数据进行对称化处理，形成以零级干涉为中心 的512个数据点的对称干涉分布序列；采用多线程"基2" FFT算法对干涉立方体的每一帧每一行的数据 序列实行FFT变换。所述光谱检验单元的处理过程如下-通过成像光谱仪的特征谱线的信息，对实际目标的光谱图像立方体进行波长定位，根据发射后高光谱数据中的氧气吸收位置来检测高 光谱相发射前后谱段位置的变化情况。如果发射前后谱段位置平均误差值不大于平均半波段宽度，则各 谱段范围没有发生变化，否则各谱段范围则根据计算结果发生变化。一种对高光軒涉娜进行光谱重建的方法，其特征在于该方^^括以下步骤一相x寸辐射校正，基于干涉型高光谱成像仪在焦面上装载的是面阵列的ccd片并UM:全，光学系统在焦平面上所成的像是干涉影像，采用分步修正的方法进行相对辐射校正；—干涉 去噪，针对干涉 为过零采样的特点，对光学传ii^i收平面的干涉数据进行分段去噪处理；_切趾处理，对原^T涉图进^t刀趾处S^减小重建光谱中因截断函数导致的误差；一相位校正，修正光学系统、电子系统等不稳定因素导致的相位误差；_光谱复原，通M"干涉数据的辦尔化处理，将干涉数据立方#^换换成 光谱图像,立方体；—光谱检验，M检测成像光谱仪的特征谱线的^S，对实际目标的光谱 图像立方体进行波长定位。所述相对辐射校正的处理过程具体如下基于干涉型高光谱成像仪在焦面 上装载的是面阵列的CCD片并且fflil全颠各光学系统在焦平面上所成的像是干 涉影像，采用分步修正的方法进行相对辐射校正.戶;M相对辐射校正的具体过程如下(1) 从实验室中得到i级辐射度下的CCD定标实验 计算出CCD归一化校 正多项式，其中/ = 1，2,3,...,10;(2) 对实验室全系统相只寸定标 禾,上一步骤中求得的CCD归一化校正多 项式进fi^—个探元的ccd归一化校正。(3)_^CCD归一化校正后的全系统数据为输入、，以空间方向输出DN值的平均值^作为基准数据y,，得到样本数据",;;,)，/:0，l,…,m，计算出全系统归一化校正多项式，完成全系统归一化校正。(4) 在干涉维方向用曲线拟合法对直流分量的渐晕趋势进行拟合，将原 始值减去趋势值，即可以校正干涉图像光谱维的光照不均匀，得到光照均匀的干涉数据。在于所述干涉数据去噪的具体过程如下针对干涉数据过零采样的特 点，对光学传感器接收平面的干涉数据进行分段去噪处理；戶;^干涉自去噪的具体计算过程如下(1) 分段噪声判定对于小双边部分，干涉维变化较为剧烈，所以从列方向即狭缝维 进行判别；求当前点与上下相邻点的差值，若两个差值均大于阈值5 倍，则判断为噪点；对于小双边以外部分，在行方向即干涉维变化较为平缓，所以对 这部分数据中噪声的判定采用较为简单的阈值判定，设定一个阈值， 当数据点DN值超过该阈值时，认为该点为噪声；(2) 去除噪声采用临域平均法和曲线拟合的方法相结合的去噪以更准确地复原 噪点位置处的干涉强度；若噪声点前、后各四点的数据都不为噪声时，认为其为孤立噪声 点，对孤立噪声点采用曲线拟合的方法去除噪声；若噪声点连续出现 或在噪点前、后四点范围内再次出现噪点，此时曲线拟合的方法不适 用，认为这种噪声点为连续噪声点，对连续噪声点采用邻域平均方法 去噪。所述切趾处理的具体过程如下从光谱重建精度和光谱分辨率水 平两方面来考虑，采用三角切趾函数对干涉数据进行处理，将原始干 涉条纹分布沿干涉维方向乘以三角切趾函数，使原始干涉分布的两端 变化趋于平缓。所述相位校正的具体过程如下对带有相位误差的干涉数据进行 傅立叶变换，求得相位角随波数分布的函数A，根据^进行相位校正， 即可得到正确的光谱分布5(。。所述光谱复原的具体处理过程如下接收高光谱成像仪下传的原始干涉帧数据，该原始干涉帧数据为 单边干涉图并且其数据点为256个；将单边256个干涉数据进行对称化处理，形成以零级干涉为中心的512个数据点的对称干涉分布序列；采用多线程"基2" FFT算法对干涉立方体的每一帧每一行的数据 序列实行FFT变换。
所述光谱检验的处具体理过程如下
通过成像光谱仪的特征谱线的信息，对实际目标的光谱图像立方 体进行波长定位，根据发射后高光谱数据中的氧气吸收位置来检测高 光谱相发射前后谱段位置的变化情况。
如果发射前后谱段位置平均误差值不大于平均半波段宽度，则各 谱段范围没有发生变化，否则各谱段范围则根据计算结果发生变化。
本发明技术方案带来的有益效果有利用本发明技术方案可以成 功处理环境1A星干涉成像光谱仪数据填补了国内星载干涉成像光谱 仪数据处理的空白解决用户对星载干涉成像光谱仪数据的需求。
图1为HJ-1A高光谱相机相对辐射校正方法流程示意图2为HJ-1A高光谱相机干涉数据去噪单元算法流程图3为切趾处理原理图4为HJ-1A高光谱相机切趾处理流程图5为三角切趾函数及其傅立叶变换；
图6干涉图原点误差示意
图7为HJ-1A高光谱相机光谱复原流程图。 具体实駄式 参见图l、图2、图3、图4、图5、图6、图7。
以下结合附图及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描
述，以便更好地说明本发明的特点和功能，使得本发明更易于理解，而不是用
来限定本发明的《娥范围。
本发明的技术方案包括对高光irp涉仪的成像i^进行复原的系统和方法。
其中高光itr涉仪成像数据的复原系统主包括相对辐射校正单元、 干涉数据去噪单元、切趾处理单元、相位校正单元、光谱复原单元和光谱检验单元。 1)相对辐射校正单元
在一定辐照度的斜牛下，CCD探元的响应输出值是一个唯一的数值。每一个 CCD探元都具有自己独特的响应函数。在一个CCD片中包含有性质近似的却又彼 此独立的大量的CCD ^ilj单元(即CCD探元)，而不同的CCD探元的响应函数虽 然近似却又不尽相同，故而在同一照度^f牛下，不同CCD探元的量化输出值也 存在着差异，在相对辐射校正中为了消,种差异需要找到一个基准点。若以 辐射度作为参照基准，对CCD探元的响应输出值进行修正，该过程将直接实现 CCD阵列的乡M定标，但在fLii行时传iiH将在数百公里外的太空，地表反射的 光经过大气会有损失，在传感器入瞳处的光能量会被削弱，若要定量化标定地
表反射率依然需要M大气传输模型进行反演，所以未经大气反演的定标都还
只會鎮是相对定标。正因如此，在确定参照基准时一l^t择CCD阵列的输出值
的平均数作为修正基准。以下介绍禾偶多项式法进行归一化校正的具体实现，
并以一个探元为例进行分析。
首先，在实验室中得到i(^(U…,附)级辐射度下CCD探元的响应输出，m
是积分球内置灯的盏数。 一般在实验室中都采用经过标定的积分球作为光源，
光源辐射度级别通过开关积分球内置灯的盏数进行控制，而每一个控制级别的
辐射度都需经过辐射度计精确标定。由此，我们在实验室状态下得到了每个探
元在辐射度^(^0丄…，^)下的输出DN值；假定其中某一探元输出值对应为 ZWl,(hO,l,…,附)。这样我们得到样本,"J,)("0,l,…,m)对应为
由此可计算得到多项式
P"(層,)^。i册1， (z、0，l，…，m)
此多项式就是该探元的归一化校正多项式，对一个A/D量化的房、值就可 唯一计算出修正后的输出值户"("碼)。
一般在相对辐射校正44^^采用辐射度勘,= 0,1，…，m)进行计算，而縣用 CCD阵列输出DN {|^平均值両作为基准 ，这样我们得到的该探元的样本 麵就变为(册1,，5^) (hO,l，…,附)，相应的可以得至IJ此探元的相对辐射校正多
项式
尸"(層》=尤《纖，(/ = 0，1,.",附)同理可以求解出其它每一个探元各自的相对辐射校正多项式<formula>formula see original document page 14</formula>
阶数n取值范围为l《"^ ，阶数n的选取需要根据CCD探元实际响应的线性度来确定，缘f艘越好，n取《繊小；当非常线性的时候，n取值为l; 一般情况下，可设定n为大于等于3的M值。
高光谱成像仪与通常的推扫型线阵列CCD光学相机有很大的区别，干涉型高光谱成像仪在焦面上装载的是面阵列的CCD片，M全光路光学系统在焦平面上所成的像是干涉影像，因此在进行归一化校正时，采用分步修正的方法。图1为HJ-1A高光谱相机辐射校正方法流程以及各中间结果示意(1) 从实验室中得到i(^^，…，附)级辐射度下的CCD定标实验 计算出CCD归一化校正多项式。
(2) 对全系统相对定标 禾,上一步骤中求得的CCD归一化校正多项式进fi^—个探元的CCD归一化校正。
(3)!CCD归一化校正后的全系统数据为输A3 ，以空间方向输出DN值的平均值^作为基准数据^，得到样本数据"，W^0，1，…，M)，计算出全系统
归一化校正多项式，完成全系统归一化校正。
(4) 在干涉维方向用曲线拟合法对直流分量的渐晕趋势进行拟合，将原始值减去趋势值，即可以校正干涉图像光谱维的光照不均匀，得到光照均匀的干涉数据。
2)干涉数据去噪单元
1.噪声判定
随机噪声或尖峰噪声的产生可能由于数据传输中的错误或者一个短暂的扰动，因此某些像元的DN值显著高于或低于周围像元的DN值，这些像元表现为明显的亮点和暗点，本单元中采用逐点搜索与阈值比较的方法进行噪声判定，流程示意图如图2。
对于小双边部分，干涉维变化较为剧烈，所以从列方向即狭缝维进行判别。求当前点与上下相邻点的差值，若两个差值均大于阈值5倍，则判断为噪点。
对于小双边以外部分，在行方向即干涉维变化较为平缓，所以对这部分数据中噪声的判定采用较为简单的阈值判定，设定一个阈值，
当数据点DN值超过该阈值时，认为该点为噪声。2.噪声去除方法
HJ-1-A星高光谱成像仪属于傅里叶变换性成像光谱仪，采集到的图像为干涉图像，干涉条纹具有一定的余弦曲线规律，并含有干涉信息，因此采用临域平均法和曲线拟合的方法相结合的去噪以更准确地复原噪点位置处的干涉强度。
若噪声点前、后各四点的数据都不为噪声时，认为其为孤立噪声点，对孤立噪声点采用曲线拟合的方法去除噪声；若噪声点连续出现或在噪点前、后四点范围内再次出现噪点，此时曲线拟合的方法不适用，认为这种噪声点为连续噪声点，对连续噪声点采用邻域平均方法去噪。
1、 多项式曲线拟合法
检验曲线拟合状况的指标是拟合误差，这里采用了最小均方误差判断准则。原采样点为真实值"拟合后的曲线上对应点作为测量点《"代表原采样点纟'和测量点^'的均方差
"S("')2
'=1
其中，初始的z'值以拟和数据中可能出现的最少拐点为依据设定。
2、 临域平均法
临域平均法就是用周围像元DN值的均值W，力'取代噪点值"("')，8点取平均。
1 ,+4
3)切趾处理单元
HJ-1-A星高光谱成像仪只能在有限光程差范围上完成干涉图的采集和傅立叶变换；相当于采用矩形窗口函数作为干涉图的截断函数。与其它窗口函数相比，矩形窗口截断函数虽然在理论上可以提高仪器的光谱分辨率(或波数分辨率)，但随之带来的问题是在重建光谱中产生较大的误差。因此需要对原始干涉图进行切趾处理来减小重建光谱中因截断函数导致的误差。
理论上，将光程差从负无穷到正无穷范围上的单色光干涉图7。(表现为余弦函数)进行傅立叶变换得到的是对应的光谱图碱。(表
现为冲激函数)，如图3中(b)到(a)过程。但实际上，傅立叶变换成像光谱仪只能采集到有限光程差范围内的干涉图，相当于在余弦函数上加入了一个门函数^)将干涉图截断在-丄 丄光程差范围内，如图中(b)、 (c)、 (d)过程，对截断后的干涉图？。做傅立叶变换将得到(e)图所示的B'M，它不再是某一波数上的冲激函数，而是随一定波数范围变化的sinc函数。这一现象的产生将会导致数据在重建光谱中产生
较大的误差。因此在傅立叶变换前需要做切趾处理。
切趾处理的基本方法是在干涉维进行的，也就是将原始干涉条纹分布沿干涉维方向乘以某一变迹函数，如下式，使原始干涉分布的两端变化趋于平缓。工作流程如图4所示。
剩=￡/(A)r(A)cos(2;rM>M
r(A)称为切趾函数，/(A)为干涉数据，为5(。复原后的光谱。
从光谱重建精度和光谱分辨率水平两方面的折中考虑，HJ-l-A星高光谱成像仪处理过程中采用三角窗口函数为默认切趾函数，如图5。4)相位校正单元
HJ-1-A星高光谱成像仪下传的原始干涉帧数据为单边干涉图，由于存在光学系统、电子学系统等带来的不确定因素，导致下传数据的干涉条纹的零位(即干涉光程差为^的位置，注意Sagnac干涉结构有半波损失)相对于原点产生不确定的微小位移s如图6所示。
计算过程如下
对带有相位误差的干涉数据进行傅立叶变换，如下式
+00
S' (v) = J7' (/)exp(- 7'2;rv/V/=Re(v) + /Im(v)
(o为带有相位误差的干涉数据，"(。为对其进行傅立叶变换的结果。
由于/'(/)不是偶函数，因此傅立叶变换后"(。中含有实部ReW和
虚部^M。若上述i'。通过真正的双边采样获得，则其振幅谱就是所
需要的原始光谱
|5(v)| = {[Re(v)〗2+[Im(v)]2}*其位相角为
《，=arctan——
" Re(v)
振幅谱与复光谱之间的关系为
S'(v),(咖p(风)
反过来即
SO) = B'(y)exp(-风)=Re(v/) cos《+ Im(v) sin《，
即将带有原点相位误差的干涉图作FFT，同时求得相位角随波数分布的函数《，根据^进行相位校正，即可得到正确的光谱分布5(。。
干涉图原点误差示单边干涉带来的相位误差问题是不可忽视的，相位校正过程将对此予以校正。推扫型傅立叶变换成像光谱仪采集的原始干涉帧数据为单边干涉图，由于一些不确定因素，接收到的干涉图中零级干涉条纹的位置相对原点会产生微小位移，对于单边干涉数据的处理来说，因此产生的相位误差是不可忽略的。5)光谱复原单元
本模块将经过相对辐射校正的干涉数据立方体转换换成光谱图像数据立方体，处理过程如下
HJ-1-A星高光谱成像仪下传的原始干涉帧数据为单边干涉图(单边干涉数据点为256-27个)，为了进行FFT变换，有必要对单边数据进行对称化及扩展处理，形成512个数据点。
本项目的软件采用目前已经成熟的"基2"FFT算法，并采用多核计算机实现多线程运行FFT程序以提高处理速度。工作流程如图7所示。
6)光谱检验单元
通过成像光谱仪的特征谱线的信息，对实际目标的光谱图像立方体进行波长定位，根据发射后高光谱数据中的氧气吸收峰位置来检测高光谱相发射前后谱段位置的变化情况。
如果前后谱段位置的平均误差值不大于平均半波段宽度，说明各谱段不发生变化。否则新波数间隔为原波数分辨率与采用新样本计算出的新波数间隔的平均值。
样本波数分辨率计算方式如下对样本数据进行傅立叶变换，从变换结果中确定特征谱v i对应的数据点位置Ni，然后计算波数间隔△ vn，艮卩
△ v n= v i / Ni
对于多组定标特征谱，可以使用以下加权平均法来确定波数间隔:
其中n为使用的定标特征谱个数。
可以通过选取一幅包含大量植被的光谱立方体数据，寻找植被在
762nm处的氧气吸收峰，通过读取光谱曲线上吸收峰的位置信息，经
过光谱检测，得到误差值为小于其所处波段的平均半波段宽度，误差
在允许范围内，以此检验光谱位置的正确性。
但本发明的保护范围并不局限于上述内容，熟悉本技术领域的技
术人员在本发明揭露的技术范围内的基础上所做的方案的变形、变化
或者替换，都应涵盖在本发明保护范围之内。
权利要求
1、一种对高光谱干涉数据进行光谱重建的系统，其特征在于该系统包括-相对辐射校正单元，基于干涉型高光谱成像仪在焦面上装载的是面阵列的CCD片并且通过全光路光学系统在焦平面上所成的像是干涉影像，采用分步修正的方法进行相对辐射校正；-干涉数据去噪单元，针对干涉数据为过零采样的特点，对光学传感器接收平面的干涉数据进行分段去噪处理；-切趾处理单元，对原始干涉图进行切趾处理来减小重建光谱中因截断函数导致的误差；-相位校正单元，修正光学系统、电子系统等不稳定因素导致的相位误差；-光谱复原单元，通过对干涉数据的对称化处理，将干涉数据立方体转换换成光谱图像数据立方体；-光谱检验单元，通过检测成像光谱仪的特征谱线的位置，对实际目标的光谱图像立方体进行波长定位。
2、 如权利要求l戶腿的系统，其特征在于戶腿相对辐射校正单元执行以 下处理过程基于干涉型高光谱成像仪在焦面上装载的是面阵列的CCD片并且 舰全光路光学系统在焦平面上所成的像是干涉影像，采用分步修正的方法进 行相对辐射校正。
3、 如权利要求2戶腿的系统，其特征在于 臓相对辐射校正过程如下 1) 从实验室中得到i级辐射度下的CCD定标实验 计算出CCD归一化校正多项式，其中/ = 1,2,3,...,10;(2) 对实验室全系统相对定标 利用上一步骤中求得的CCD归一化校正多 项式进，，一个探元的CCD归一化校正。(3)_^CCD归一化^JE后的全系统数据为输入、，以空间方向输出DN值的 平均值凤作为基准 &得到样本魏(u,)，卜0，l,…,m,计算出全系统归 一化校正多项式，完成全系统归一化校正。(4) 在干涉维方向用曲线拟合法对直流分量的渐晕趋势进行拟合，将原始值减去趋势值，即可以校正干涉图像光谱维的光照不均匀，得到光 照均匀的干涉数据。
4、如权利要求l所述的系统，其特征在于所述干涉数据去噪单元针对 干涉数据过零采样的特点，对光学传感器接收平面的干涉数据进行分 段去噪处理。
5、如权利要求4戶脱的系统，戶;M干涉繊去噪单元的的计算过程如下(1) 分段噪声判定对于小双边部分，干涉维变化较为剧烈，所以从列方向即狭缝维进行判别；求当前点与上下相邻点的差值，若两个差值均大于阈值5 倍，则判断为噪点；对于小双边以外部分，在行方向即干涉维变化较为平缓，所以对 这部分数据中噪声的判定采用较为简单的阈值判定，设定一个阈值， 当数据点DN值超过该阈值时，认为该点为噪声；(2) 去除噪声采用临域平均法和曲线拟合的方法相结合的去噪以更准确地复原 噪点位置处的干涉强度；若噪声点前、后各四点的数据都不为噪声时，认为其为孤立噪声 点，对孤立噪声点采用曲线拟合的方法去除噪声；若噪声点连续出现 或在噪点前、后四点范围内再次出现噪点，此时曲线拟合的方法不适 用，认为这种噪声点为连续噪声点，对连续噪声点采用邻域平均方法 去噪。
6、 如权利要求l所述的系统，其特征在于所述切趾处理单元从 光谱重建精度和光谱分辨率水平两方面来考虑，采用三角切趾函数对 干涉数据进行处理，将原始干涉条纹分布沿干涉维方向乘以三角切趾 函数，使原始干涉分布的两端变化趋于平缓。
7、 如权利要求l所述的系统，其特征在于所述相位校正单元对 带有相位误差的干涉数据进行傅立叶变换，求得相位角随波数分布的函数A，根据《进行相位校正，即可得到正确的光谱分布sM,其中v 为波数。
8、 如权利要求l所述的系统，其特征在于所述光谱复原单元的处理过程如下接收高光谱成像仪下传的原始干涉帧数据，该原始干涉帧数据为 单边干涉图并且其数据点为256个；将单边256个干涉数据进行对称化处理，形成以零级干涉为中心的512个数据点的对称干涉分布序列；采用多线程"基2" fft算法对干涉立方体的每一帧每一行的数据 序列实行fft变换。
9、如权利要求l所述的系统，其特征在于所述光谱检验单元的处理过程如下通过成像光谱仪的特征谱线的信息，对实际目标的光谱图像立方 体进行波长定位，根据发射后高光谱数据中的氧气吸收位置来检测高 光谱相发射前后谱段位置的变化情况。如果发射前后谱段位置平均误差值不大于平均半波段宽度，则各 谱段范围没有发生变化，否则各谱段范围则根据计算结果发生变化。
10、 一种对高光軒涉,进行光谱重建的方法，其特征在于 该方飽括以下步骤_相对辐射校正，基于干涉型高光谱成像仪在焦面上装载的是面阵列的ccd片并且M:全^^各光学系统在焦平面上所成的像是干涉影像，采用分步修正的方法进行相对辐射校正；—干涉 去噪，针对干涉娜为过零采样的特点，对光学传ii^收平 面的干涉 进纟于分段去噪处理；—切趾处理，对原^f涉图进et刀趾处s^减小重建光谱中因截断函数导致的误差；一相位校正，修正光学系统、电子系统等不稳定因素导致的相位误差； —光谱复原！ m^J"干涉繊勺娥尔化处理！将干涉翻立方鹏奂换成 光谱图像繊立方体；—光谱检验，M:检测成像光谱仪的特征谱线的^S，对实际目标的光谱图像立方体进行波长定位。
11、 如权利要求IO所述的方法，其特征在于所述相对辐射校正的处 理过程具体如下基于干涉型高光谱成像仪在焦面上装载的是面阵列的 CCD片并且通过全光路光学系统在焦平面上所成的像是干涉影像，采用分 步修正的方法进行相对辐射校正。
12、 如权利要求ll戶，的方法，其特征在于 戶，相对辐射校正的具体过程如下(1) 从实验室中f寻到i级辐身寸度下的CCD定禾示实^ }十算出CCD归一化校 正多项式，其中/ = 1,2,3,..,10;(2) 对实验室全系统相对定标繊禾拥上一步骤中求得的CCD归一化校正多 项式进fi^—个探元的CCD归一化校正。(3)_^CCD归一化校正后的全系统数据为输入A ，以空间方向输出DN值的 平均值^作为基准数据X,得到样本数据(;c,乂),hO,l,…,m，计算出全系统归 一化校正多项式，完成全系统归一化校正。(4) 在干涉维方向用曲线拟合法对直流分量的渐晕趋势进行拟合，将原 始值减去趋势值，即可以校正干涉图像光谱维的光照不均匀，得到光 照均匀的干涉数据。
13、 如权利要求10所述的方法，其特征在于所述干涉数据去噪的具体过 程如下针对干涉数据过零采样的特点，对光学传感器接收平面的干涉 数据进行分段去噪处理。
14、如权利要求13所述的方法，所述干涉 去噪的具体计算过程如下(1) 分段噪声判定对于小双边部分，干涉维变化较为剧烈，所以从列方向即狭缝维 进行判别；求当前点与上下相邻点的差值，若两个差值均大于阈值5 倍，则判断为噪点；对于小双边以外部分，在行方向即干涉维变化较为平缓，所以对 这部分数据中噪声的判定采用较为简单的阈值判定，设定一个阈值， 当数据点DN值超过该阈值时，认为该点为噪声；(2) 去除噪声采用临 域平均法和曲线拟合的方法相结合的去噪以更准确地复原 噪点位置处的干涉强度；若噪声点前、后各四点的数据都不为噪声时，认为其为孤立噪声 点，对孤立噪声点采用曲线拟合的方法去除噪声；若噪声点连续出现 或在噪点前、后四点范围内再次出现噪点，此时曲线拟合的方法不适 用，认为这种噪声点为连续噪声点，对连续噪声点采用邻域平均方法去噪。
15、 如权利要求IO所述的方法，其特征在于所述切趾处理的具 体过程如下从光谱重建精度和光谱分辨率水平两方面来考虑，采用 三角切趾函数对干涉数据进行处理，将原始干涉条纹分布沿干涉维方 向乘以三角切趾函数，使原始干涉分布的两端变化趋于平缓。
16、 如权利要求IO所述的方法，其特征在于所述相位校正的具 体过程如下对带有相位误差的干涉数据进行傅立叶变换，求得相位 角随波数分布的函数《，根据^进行相位校正，即可得到正确的光谱 分布
17、 如权利要求IO所述的系统，其特征在于所述光谱复原的具 体处理过程如下接收高光谱成像仪下传的原始干涉帧数据，该原始干涉帧数据为 单边干涉图并且其数据点为256个；将单边256个干涉数据进行对称化处理，形成以零级干涉为中心的512个数据点的对称干涉分布序列；采用多线程"基2" FFT算法对干涉立方体的每一帧每一行的数据 序列实行FFT变换。
18、如权利要求IO所述的系统，其特征在于所述光谱检验的具体 理过程如下-通过成像光谱仪的特征谱线的信息，对实际目标的光谱图像立方体进行波长定位，根据发射后高光谱数据中的氧气吸收位置来检测高光谱相发射前后谱段位置的变化情况。如果发射前后谱段位置平均误差值不大于平均半波段宽度，则各谱段范围没有发生变化，否则各谱段范围则根据计算结果发生变化。
全文摘要
本发明涉及一种对高光谱干涉数据进行光谱重建的系统和方法。该系统基于HJ-1A高光谱相机的干涉成像机理，采用了独特的数据处理方法，将干涉数据重建为光谱数据，解决了地面系统建设数据处理的实际工程问题。该系统包括相对辐射校正，干涉数据去噪单元，切趾处理单元。光谱复原单元，通过对干涉数据的对称化处理，将干涉数据立方体转换成光谱图像数据立方体；光谱检验单元，通过检测成像光谱仪的特征谱线的位置，对实际目标的光谱图像立方体进行波长定位。本发明技术方案填补了国内星载干涉成像光谱仪数据处理的空白，并解决用户对星载干涉成像光谱仪数据的需求。
文档编号G01S17/00GK101598798SQ200810191798
公开日2009年12月9日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者倩 康, 军 林, 祥 赵, 郭建宁, 闵祥军 申请人:中国资源卫星应用中心