专利名称：一种哈达玛变换成像光谱仪的辐射度绝对定标方法
技术领域：
本发明涉及一种哈达玛变换成像光谱仪的辐射度绝对定标方法。
背景技术：
哈达玛变换(Hadamard Transform)是基于矩形波正交基而建立的一种变换方法， 核心思想就是探测多通道线形组合的叠加信号，然后对探测信号进行逆变换得到单通道信号。基于该变换原理设计制造的成像光谱仪具有高通量和多通道的特点，且光谱复原运算量比傅里叶变换光谱仪要小得多。目前哈达玛变换光谱仪有两种结构形式，一种是空间调制形式，是将不同空间目标的光谱数据组合叠加；另外一种是光谱调制形式，是将同一空间目标的不同通道光谱数据组合叠加。本发明所针对的哈达玛变换光谱仪除特殊说明外均指第二种形式。如图4所示目标为按空间位置划分为1到M，对应像空间1到M个像元，每个空间目标光束经过色散分成N个光谱通道入射到空间光调制器，通过开启和关闭空间光调制器的某个位置，控制指定通道的光束通过，然后光束再次经过一个色散元件，N个通道的光谱重新汇聚到同一像元上，以上便完成了一次调制变换。绝对光谱辐射度定标目的是建立光谱DN值和目标辐亮度之间的转换关系，实现对目标的定量化描述，其形式可以是表格、公式以及曲线图等方式。定标过程与仪器原理密切相关，不同仪器的定标方法会有很大差别。
发明内容
本发明目的是提出一种哈达玛变换成像光谱仪的辐射度绝对定标方法，其解决了目前针对无前置狭缝型哈达玛变换光谱仪辐射度定标方法缺乏的技术问题。本发明的技术解决方案一种哈达吗变换成像光谱仪辐射度绝对定标装置，包括积分球光源、均勻衰减片、 可沿与光轴垂直方向平移的电动平移台、哈达玛变换光谱仪、光谱辐射度计、主控计算机、 暗箱；所述哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计分别固定在电动平移台上且位于电动平移台的平移方向两端；所述电动主控计算机可控制电动平移台的平移；所述电动主控计算机与哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计分别连接用于采集哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计的输出数据；所述积分球光源出射的光经过衰减片后可垂直入射至哈达玛变换光谱仪或者光谱辐射度计；所述暗箱可将积分球光源、均勻衰减片以及电动平移台罩住。一种哈达吗变换成像光谱仪辐射度绝对定标方法，包含如下步骤1开启标准积分球光源，入射至透过率为h的均勻衰减片，k为所选衰减片的编号；2分别获得h个谱段的光谱辐亮度值和灰度值Gk, ,,j所述获得h个谱段的光谱辐亮度值的步骤如下A使衰减片出射的光入射至标准辐射度计的光瞳入口 ；B将标准积分球光源、衰减片和标准光谱辐射度计置于黑暗环境；C主控计算机控制标准光谱辐射度计，采集此时的光谱辐亮度；D由下式计算得到第h个谱段的光谱辐亮度值
kEkh = \Ek{X)dk
K-\其中h的取值为1，2，…，N ；N为哈达玛变换成像光谱仪阶数，λ 数为哈达玛变换成像光谱仪第h个谱段的起始波长，λ h数为哈达玛变换成像光谱仪第h个谱段的截止波长；所述获得h个谱段的灰度值Gk, υ的步骤如下a使衰减片出射的光入射至哈达玛变换成像光谱仪光瞳入口 ；b将标准积分球光源、衰减片和哈达玛变换成像光谱仪置于黑暗环境；C主控计算机控制哈达玛变换成像光谱仪内部的编码设备，依次开启编码模板的第i列，采集获得第i幅图像第j列的灰度值其中i的取值为1，2，-,M+N-1 ；其中M为探测器阵列列维数；3取不同透过率的衰减片，重复步骤2；4进行光谱的辐射度定标4. 1用如下公式求出每个衰减片对应的亮度等级下的辐射度绝对定标系数A1,u， A2，i, j，A3, i, j，…，Ak，[j[Ak, ,,j] =Ek, ^1/[Gkjijj]其中i是编码模板的第i列Gk, i, j是每个像元每个光谱谱段的灰度值；Ek, 是每个像元每个光谱谱段的光谱辐亮度值；4. 2对不同灰度等级下的定标系数进行线性拟合，完成光谱的辐射度定标。本发明的技术效果1、本发明定标方法简单，效率高。主控计算机控制电动平移台带动标准光谱辐射度计和哈达玛变换成像光谱仪做往复移动提高定标工作效率，提高定标过程的重复性，提高定标结果的稳定性。2、本发明定标方法定标精度高(降低光源稳定性要求)。本发明用暗盒对标准积分球光源和标准光谱辐射度计进行单独遮罩或者用暗盒对标准积分球光源和哈达玛变换成像光谱仪进行单独遮罩，降低了杂光，提高了定标精度。3、本发明定标方法通过主控计算机控制哈达玛变换成像光谱仪内部的编码设备， 开启编码通道，无需进行光谱复原处理即可完成光谱辐射度绝对定标，提高定标精度和工作效率，减少了定标环节。
4、本发明定标方法经过改进还可以用在第一类哈达玛变换光谱仪器中。5、由于至少需要获得高端和低端两个亮度等级下的定标系数才能完成线性拟合， 从而完成定标。所以本发明用均勻衰减片在不改变标准积分球出射光强的情况下，可以在标准辐射度计和哈达玛变换成像光谱仪的入瞳处获得不同亮度等级的光照。这样就可以获得不同亮度下的定标系数。理论上，亮度等级分得越细，也就是说获得的定标系数越多，间隔越密，在进行线性拟合时的误差就越小(即采样点越多越准确)，定标精度也就越高。如果不用衰减片就需要使用其他方式调节光照强度，比如使用可调节强度的标准积分球光源，但一般积分球光源都是通过调节电流来调节光照强度的，为了保证光照稳定， 每次调节电流后都需要等待一段时间，等光照稳定后才能采集数据，因此降低了定标工作效率。
图1是本发明标定装置的结构示意图；图2是本发明标定装置在采集光谱辐亮度值时的位置关系示意图；图3为本发明标定装置在采集灰度值时的位置关系示意图；图4为哈达玛变换光谱仪调制变换的原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明哈达吗变换成像光谱仪辐射度绝对定标装置参见图1，包括积分球光源、均勻衰减片、可沿与光轴垂直方向平移的电动平移台、哈达玛变换光谱仪、光谱辐射度计、主控计算机、暗箱；哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计分别固定在电动平移台上且位于电动平移台的平移方向两端；电动主控计算机可控制电动平移台的平移；电动主控计算机与哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计分别连接用于采集哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计的输出数据；积分球光源出射的光经过衰减片后可垂直入射至哈达玛变换光谱仪或者光谱辐射度计；暗箱可将积分球光源、均勻衰减片以及电动平移台罩住。衰减片的作用是调节入射到标准辐射度计和哈达玛变换成像光谱仪的光照强度， 以获得多个亮度等级下的Ek, h和Gk,,, j,从而获得更多亮度等级下的辐射度定标系数，提高定标精度。亮度等级与衰减片的编号有关，使用第k个衰减片时就获得第k个亮度等级的数据。本发明的基本思想是哈达玛变换成像光谱仪的辐射度绝对定标装置实现哈达玛变换成像光谱仪的辐射度定标。本发明方法包含如下步骤步骤1连接标准光谱辐射度计，哈达玛变换成像光谱仪、电动平移台和主控计算机之间的电缆。开启标准积分球光源。步骤2在衰减片支架上放置透过率为τ k的均勻衰减片，k为所选衰减片的编号。步骤3主控计算机控制电动平移台将标准辐射度计的光瞳入口对准标准积分球光源出口。
步骤4放下暗箱，将标准积分球光源，均勻衰减片和标准光谱辐射度计罩在暗箱内部。步骤5主控计算机控制标准光谱辐射度计，采集获得此时刻光谱辐亮度& ( λ )。 由下式计算得到第h个谱段的光谱辐亮度值^^，h的取值为1，2，…，N，N为哈达玛变换成像光谱仪阶数。
权利要求
1.一种哈达吗变换成像光谱仪辐射度绝对定标装置，其特征在于包括积分球光源、 均勻衰减片、可沿与光轴垂直方向平移的电动平移台、哈达玛变换光谱仪、光谱辐射度计、 主控计算机、暗箱；所述哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计分别固定在电动平移台上且位于电动平移台的平移方向两端；所述电动主控计算机控制电动平移台的平移；所述电动主控计算机与哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计分别连接用于采集哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计的输出数据；所述积分球光源出射的光经过衰减片后可垂直入射至哈达玛变换光谱仪或者光谱辐射度计；所述暗箱将积分球光源、均勻衰减片以及电动平移台罩住。
2.一种哈达吗变换成像光谱仪辐射度绝对定标方法，其特征在于包含如下步骤1开启标准积分球光源，入射至透过率为τ&的均勻衰减片，k为所选衰减片的编号；2分别获得h个谱段的光谱辐亮度值和灰度值Gk, ,,j所述获得h个谱段的光谱辐亮度值的步骤如下A使衰减片出射的光入射至标准辐射度计的光瞳入口 ；B将标准积分球光源、衰减片和标准光谱辐射度计置于黑暗环境；C主控计算机控制标准光谱辐射度计，采集此时的光谱辐亮度Ek( λ )；D由下式计算得到第h个谱段的光谱辐亮度值
全文摘要
本发明涉及一种哈达玛变换成像光谱仪的辐射度绝对定标方法，包括积分球光源、均匀衰减片、可沿与光轴垂直方向平移的电动平移台、哈达玛变换光谱仪、光谱辐射度计、主控计算机、暗箱；哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计分别固定在电动平移台上且位于电动平移台的平移方向两端；电动主控计算机可控制电动平移台的平移；电动主控计算机与哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计分别连接用于采集哈达玛变换光谱仪和光谱辐射度计的输出数据；积分球光源出射的光经过衰减片后可垂直入射至哈达玛变换光谱仪或者光谱辐射度计。本发明解决了目前针对无前置狭缝型哈达玛变换光谱仪辐射度定标方法缺乏的技术问题。本发明定标方法简单，效率高。
文档编号G01J3/28GK102353448SQ20111014850
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者于涛, 李思远, 李立波, 汲玉卓, 王爽, 胡炳樑, 陈小来 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所