专利名称：一种实时在轨光谱定标装置的制作方法
技术领域：
:本专利涉及光谱成像领域，具体涉及一种实时在轨光谱定标装置。
技术背景:成像光谱技术在环境监测、矿物探查、地球科学等领域有着广泛应用。要通过星载成像光谱仪获取的数据得到真实、有效的地物光谱信息，必须对仪器进行光谱定标。除了实验室定标之外，考虑到仪器在轨运行时的环境、状态不断改变，因此在轨定标是不可或缺的。对于目前广泛应用的色散型成像光谱仪，传统的在轨定标方式包括大气临边定标、太阳定标及内定标等。这些方式都是与成像任务分时完成，因此定标与拍摄有时间差。仪器在执行拍摄任务时，一方面受到太阳光照的影响，整体温度发生变化；另一方面仪器内部的电子学部件工作发热，也使仪器的状态不能保持恒定。所以成像过程中，不同时刻会发生不同的光谱漂移，在成像之前或之后进行光谱定标都会造成状态偏差。此外，仪器中还需要设计专门的定标光路，利用运动部件(如扫描镜)在成像模式和定标模式之间进行切换，这样就增加了系统硬件和软件上的复杂度。
发明内容:本专利提出 了一种实时在轨光谱定标装置，解决现有定标装置中存在的无法实时在轨光谱定标问题。—种实时在轨光谱定标装置，如附图1所不，包括积分球I，光谱标准滤光片2、光纤3及探测器4。积分球I的出射光经过光谱标准滤光片2后成为定标光，由光纤3引至被标定成像光谱系统5的狭缝两端，定标光射入狭缝，经光谱仪成像在探测器4两侧的定标区4-1上，根据定标区4-1像元的光谱数据，对被标定成像光谱系统5进行光谱定标。所述积分球I采用小型积分球，直径小于80mm，开口小于30mm，其光源有效发光谱段包含被标定成像光谱系统5的成像谱段。所述光谱标准滤光片2的直径等于积分球开口直径，通光谱段包含被标定成像光谱系统5的成像波段，光谱特性在仪器工作温度范围内保持稳定。所述光纤3的通光谱段包含被定标成像光谱系统5的成像谱段；所述探测器4分为定标区4-1和成像区4-2，定标区4-1位于成像区4_2空间维方向的两端，每端设有1-2列，其像元尺寸为成像区4-2像元尺寸的一半。具体定标方法步骤如下:I)仪器在轨运行，完成一次成像任务，探测器4的成像区4-2获得光谱图像数据，两端定标区4-1获得光谱定标数据；2)根据光谱标准滤光片2的特征峰，确定两端定标区4-1每个像元对应的中心波长；[0015]3)设一端定标区4-1像元Ai和另一端定标区4-1像元Bj对应的中心波长相同，则位于其连线上的成像区4-2像元具有与这两个定标区4-1像元相同的中心波长；4)按照步骤3)所述方法确定成像区4-2每一行像元对应的中心波长。本专利的优点在于:光谱定标与成像同时完成，每帧成像都能获得光谱定标数据，从根本上解决了以往定标与成像时仪器状态不一致的问题，提高了定标数据的有效性。本专利探测器4的定标区4-1设在空间维两侧，针对一般色散成像光谱仪主要存在的位移型及旋转型光谱漂移可以实现高精度定标，如附图2所示。此外，定标区4-1像元尺寸小，因而谱段间隔比成像区4-2小一半，所以能够捕捉更精细的光谱信息。再加上光谱标准滤光片2的光谱特征，进而获得很高的光谱定标精度。使用光纤3以及相对仪器体来说积较小的积分球I和光谱标准滤光片2，避免了单独的定标光路，有效减轻了仪器的体积和复杂度。
:附图1为本专利的总框图。附图2为光谱漂移示意图。附图3为实施例中光谱标准滤光片的光谱特征图。附图4为实施例中探测器的结构示意图。附图5为实施例中CMOS探测器的具体设计框图。
具体实施方式
:根据专利内容，本实施例构建了一套用于可见-近红外波段色散型成像光谱仪的实时光谱定标装置，如附图1所示。其中各个部分的具体参数和设计如下:积分球:使用Labsphere公司的小型积分球3P-GPS-030-SF,直径3英寸，出口 I英寸； 光谱标准滤光片:使用美国Avian Technologies公司的WCT-2065,其光谱特性如附图3所示，在400nnTl000nm的可见-近红外范围内有着丰富的光谱特征峰；光纤:米用南京春晖科技实业有限公司生产的光纤,波长范围400nnTl000nm。探测器:CM0S探测器，采用下文所述特殊设计。本实施例中CMOS探测器的结构如附图4所示，具体设计框图如附图5所示。探测器通过逻辑控制部分控制行移位寄存器进行移位，选择不同的读出行；控制读出移位寄存器进行移位，逐个输出模拟信号。探测器成像时，每读出一行图像数据，就通过逻辑控制部分控制读出两行定标数据。像元信号经过相关双采样和列放大电路后，由读出口向外输出。本实施例CMOS探测器成像区的光谱维为64，空间维为512，像元尺寸30 μ m,谱段间隔IOnm ;两侧的定标区每行各有2个像元，沿光谱维一列有128个像元，像元尺寸15 μ m。则一帧图像的大小为512X64，而对应一帧的光谱定标数据大小为(2+2) X 128，定标区域的谱段间隔为5nm。本专利可以使用的探测器不仅限于CMOS探测器。采用CXD或红外焦平面器件时，成像区4-2和定标区4-1分别流片，然后拼接封装在同一底座上或杜瓦内。成像区4-2和定标区4-1之间允许存在拼缝。
权利要求1.一种实时在轨光谱定标装置，包括积分球(1)，光谱标准滤光片(2)、光纤(3)及探测器(4)，其特征在于: 积分球(I)的出射光经过光谱标准滤光片(2)后成为定标光，由光纤(3)引至被标定成像光谱系统(5)的狭缝两端，定标光射入狭缝，经光谱仪成像在探测器(4)两侧的定标区(4-1)上，根据定标区(4-1)像元的光谱数据，对被标定成像光谱系统(5)进行光谱定标。
2.根据权利要求1所述的一种实时在轨光谱定标装置，所述的积分球(I)采用小型积分球，直径小于80mm,开口小于30mm,其光源有效发光谱段包含被标定成像光谱系统(5)的成像谱段。
3.根据权利要求1所述的一种实时在轨光谱定标装置，所述的光谱标准滤光片(2)的直径等于积分球开口直径，通光谱段包含被标定成像光谱系统(5)的成像波段，光谱特性在仪器工作温度范围内保持稳定。
4.根据权利要求1所述的一种实时在轨光谱定标装置，所述的光纤(3)的通光谱段包含被定标成像光谱系统(5)的成像谱段。
5.根据权利要求1所述的一种实时在轨光谱定标装置，所述的探测器(4)分为定标区(4-1)和成像区(4-2 )，定标区(4- 1)位于成像区(4-2 )空间维方向的两端，每端设有1_2列，其像元尺寸为成像区(4-2)像元尺寸的一半。
专利摘要本专利公开了一种实时在轨光谱定标装置，用于色散型航空航天成像光谱仪的在轨定标。积分球的出射光经过光谱标准滤光片后成为定标光，由光纤引致成像光谱系统的狭缝两端。定标光射入狭缝，经分光元件分光后投射在探测器两端的边缘部分。探测器的大部分区域为成像区，进行光谱成像；对应定标光的两端边缘区域为定标区，使用了特殊探测器设计，便于光谱定标。本专利在每一帧成像的同时，可以实时获取该状态下的光谱定标数据，提高了定标的有效性；采用探测器的特殊设计，提高了光谱定标精度；另外系统不需要设计额外的定标光路，减小了仪器的体积和复杂度。
文档编号G01J3/28GK203132697SQ20132005720
公开日2013年8月14日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者郎均慰, 王跃明, 陈杨, 肖喜中, 鲍智康, 王晟玮, 庄晓琼, 王建宇 申请人:中国科学院上海技术物理研究所