一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标方法
【专利摘要】本发明公开了一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标方法，通过采用钨灯与氙灯的组合作为光源，调整两种光源的亮度比例可以得到不同光谱特征的光源，弥补了仅由钨灯做光源时短波波段辐亮度低的不足；并在采集过程中，多次调节钨灯与氙灯的亮度比例，这种调节不需要精确的控制，只保证亮度比有所改变即可，因此可在短时间内完成，分别测试成像光谱仪的响应，并用标准光谱辐射度计进行监测，这种数据采集方式可提供多组光谱特征不同的数据，计算绝对辐射定标系数时便可以从中择优使用；最后，在计算绝对辐射定标系数时，从实验数据中选择成像光谱仪响应最高的一组，定标精度得到保证，计算过程全部由计算机完成，保证了计算效率。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光谱仪定标【技术领域】，尤其涉及一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝 对辐射定标方法。 一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标方法
【背景技术】
[0002] 成像光谱技术是一种将成像技术与光谱技术相结合的新型遥感技术，可同时实现 目标的空间信息与光谱信息的获取。近年来，成像光谱技术已经成为对地观测和深空探测 的重要手段，涌现出的各种成像光谱系统广泛应用于农牧林生产、矿产资源勘探、海洋遥 感、军事侦察等领域。
[0003] 推扫色散型成像光谱仪是一种较为常见的成像光谱系统，其原理简洁、性能稳定、 技术发展较为成熟并且取得了很好的应用效果。在结构上均含有狭缝，入射的复色光被聚 焦在狭缝上，棱镜或光栅等色散元件将其色散分成不同波长，并且在面阵探测器上成像，由 探测器测量每一个谱元的强度。狭缝限定了垂直运动轨迹方向的长度，仪器在垂直于狭缝 的方向上运动产生第二维空间数据信息。
[0004] 在成像光谱仪投入使用之前，需要进行绝对辐射定标，其目的是根据探测器的响 应特征，建立成像光谱系统的响应输出量值与入瞳处所接收的辐射量值之间的对应关系。 对于推扫色散型成像光谱仪，绝对辐射定标的前提是完成光谱定标工作，这是由于绝对辐 射定标工作中将必然使用到某些光谱定标工作所得到的数据，例如探测器每个像元的光谱 响应中心波长和响应带宽等。因此，光谱定标的精度将直接影响绝对辐射定标的精度，而光 谱定标的精度与成像光谱系统的光机结构稳定性有着紧密联系，长期的重力作用、温湿度 的改变、仪器搬运引起的震动、仪器的拆卸和重新安装等都会改变系统的结构，从而间接影 响成像光谱仪的绝对辐射定标精度。为了保证探测精度，需要不定期地对仪器进行重复定 标，而现有定标技术通常需要耗费大量时间。
[0005] 目前，常用的如下两种定标方法：
[0006] 1)采用产生均匀单色光的方法，即在紫外、可见及近红外波段采用单色仪与积分 球结合或可调谐激光器与积分球结合的方式，在中远红外采用面源黑体与滤光片相结合的 方法实现，虽采用装置不同，但原理类似。然而，由于推扫色散型成像光谱仪光路中含有分 光系统，当输入光为单色光时，探测器上只有数行像元对其有响应，在图像上体现为一条白 线；因而，成像光谱仪和光谱辐射度计对每个单色光所采集的数据，只可完成探测器上对此 光有响应的数行像元的绝对辐射定标，若要完成所有像元的绝对辐射定标，需要多次改变 单色仪波长进行数据采集和处理。这种方法耗时多、效率低，不适用于需要经常定标的色散 型成像光谱系统。
[0007] 2)使用复色光源配合大积分球的方法。使用经过计量机构标定过的标准辐射度计 标定积分球，然后使用积分球标定成像光谱仪，此装置中配合积分球使用的复色光源一般 由钨灯提供。由于装置中使用复色光源，此时仪器的输出将是一条明暗不均匀的条带，条带 宽度将覆盖探测器的大部分像元，其明暗特征将与输入光源的光谱特征相关。然而，该方法 中使用的钨灯在短波波段辐亮度较低，且为了防止长波过曝光而损伤探测器，光源的整体 亮度不能无限增加，这样导致短波波段的定标光源难以达到较高亮度等级，定标精度将难 以保证。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标方法，可大 大提高推扫色散型成像光谱仪的定标效率，并确保了绝对辐射定标的精度。
[0009] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0010] 一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标方法，该方法包括：
[0011] 通过调整光源中钨灯氙灯的亮度的比例，再利用成像光谱仪来获得K组组合 光源及其对应的测试信号DNji，j，k)，并与暗噪声DNji，j)相减，获得每一组组合光源 的响应信号值DN(i，j，k)，再利用标准光谱辐射度计获得每一组组合光源的光谱辐亮度 值W( λ，k);其中，i表示像元所在行序数，j表示像元所在列序数，λ表示波长，k = 1，2，3，· · ·，K ;
[0012] 对于每一像元（i，j)，查找K组组合光源的响应信号值中最高的一组DN(i，j，m)及 其对应的光谱辐亮度值W ( λ，m);根据所述光谱辐亮度值W ( λ，m)，利用线性插值法计算像 元（i，j)的光谱响应中心波长λ (i，j)对应的辐亮度值W(A (i，j)，m)，来作为像元（i，j) 接收的标准辐射量值；
[0013] 将所述像元（i，j)接收的标准辐射量值wu (i，j)，m)与响应信号值DN(i，j，m) 相除获得像元（i, j)的绝对福射定标系数c(i, j)。
[0014] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用钨灯与氙灯的组合作为光源，调整 两种光源的亮度比例可以得到不同光谱特征的光源，弥补了仅由钨灯做光源时短波波段辐 亮度低的不足；并在采集过程中，多次调节钨灯与氙灯的亮度比例，这种调节不需要精确的 控制，只保证亮度比有所改变即可，因此可在短时间内完成，分别测试成像光谱仪的响应， 并用光谱辐射度计进行监测，这种数据采集方式可提供多组光谱特征不同的数据，计算绝 对辐射定标系数时便可以从中择优使用；最后，在计算绝对辐射定标系数时，从实验数据中 选择成像光谱仪响应最高的一组，定标精度得到保证，计算过程全部由计算机完成，保证了 计算效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 附图。
[0016] 图1为本发明实施例一提供的一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标 方法的流程图；
[0017] 图2为本发明实施例一提供的一种用于推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射 定标的装置示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明的保护范围。
[0019] 实施例一
[0020] 图1为本发明实施例一提供的一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标 方法的流程图。如图1所示，该方法主要包括如下步骤：
[0021] 步骤11、通过调整光源中钨灯氙灯的亮度的比例，再利用成像光谱仪来获得K组 组合光源及其对应的测试信号DNji，j，k)，并与暗噪声DNji，j)相减，获得每一组组合 光源的响应信号值DN(i，j，k)，再利用标准光谱辐射度计获得每一组组合光源的光谱辐亮 度值W( λ，k);其中，i表示像元所在行序数，j表示像元所在列序数，λ表示波长，k = 1，2, 3, · · ·，K〇
[0022] 步骤12、对于每一像元（i，j)，查找Κ组组合光源的响应信号值中最高的一组 DN(i，j，m)及其对应的光谱辐亮度值W( λ，m);根据所述光谱辐亮度值W( λ，m)，利用线性 插值法计算像元（i, j)的光谱响应中心波长λ (i, j)对应的福亮度值W〇 (i, j)，m)，来作 为像元（i, j)接收的标准福射量值。
[0023] 步骤13、将所述像元（i，j)接收的标准辐射量值W(X (i，j)，m)与响应信号值 DN(i, j，m)相除获得像元（i, j)的绝对福射定标系数c(i, j)。
[0024] 进一步的，所述暗噪声DNjid)包括：在暗室环境下，测试像元数为IX J的成像 光谱仪的暗噪声 DNQ(i，j)，其中，i = 1，2,3，...，1，j = 1，2,3，...，J。
[0025] 进一步的，所述获得每一组组合光源的响应信号值DN(i，j，k)表示为：
[0026] DN(i, j, k) = DNc(i, j, k) - DN〇(i, j) 〇
[0027] 进一步的，所述查找像元（i，j)的K组组合光源的响应信号值中最高的一组 DN(i, j, m)表示为：
[0028] DN (i, j, m) = max {DN (i, j, k)，k = 1，2, 3, · · ·，K}。
[0029] 进一步的，所述将所述像元（i，j)接收的标准辐射量值WU (i，j)，m)与响应信号 值DN(i, j, m)相除获得像元（i, j)的绝对福射定标系数c (i, j)表示为：
[0030]
【权利要求】
1. 一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标方法，其特征在于，该方法包括： 通过调整光源中钨灯氙灯的亮度的比例，再利用成像光谱仪来获得K组组合光源及其 对应的测试信号DN。(i，j，k)，并与暗噪声(i，j)相减，获得每一组组合光源的响应信号 值DN(i，j，k)，再利用标准光谱辐射度计获得每一组组合光源的光谱辐亮度值W( λ，k);其 中，i表示像元所在行序数，j表示像元所在列序数，λ表示波长，k = 1，2, 3,. . .，K ; 对于每一像元（i，j)，查找Κ组组合光源的响应信号值中最高的一组DN(i，j，m)及其 对应的光谱辐亮度值W( λ，m);根据所述光谱辐亮度值W( λ，m)，利用线性插值法计算像元 (i，j)的光谱响应中心波长λ (i，j)对应的辐亮度值WU (i，j)，m)，来作为像元（i，j)接 收的标准辐射量值； 将所述像元（i，j)接收的标准辐射量值W(A (i，j)，m)与响应信号值DN(i，j，m)相除 获得像元（i, j)的绝对福射定标系数c (i, j)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述暗噪声DNji，j)包括： 在暗室环境下，测试像元数为IX J的成像光谱仪的暗噪声DNji，」），其中，i = 1，2，3，· · ·，I，j = 1，2，3，· · ·，J〇
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得每一组组合光源的响应信号值 DN(i, j, k)表示为： DN(i, j, k) = DNc(i, j, k) - DNQ(i, j)。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述查找像元（i，j)的K组组合光源的响 应信号值中最高的一组DN(i，j，m)表示为 ： DN (i，j，m) = max {DN (i，j，k)，k = 1，2, 3, · · ·，K}。
5. 根据权利要求1或3或4所述的方法，其特征在于，所述将所述像元（i，j)接收的标 准辐射量值W(A (i，j)，m)与响应信号值DN(i，j，m)相除获得像元（i，j)的绝对辐射定标 系数c(i, j)表示为：
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述成像光谱仪与光谱辐射度计置于一维电动平移台上，且利用一计算机进行成像光 谱仪与光谱辐射度计数据采集与存储，及一维电动平移台的移动控制。
【文档编号】G01J3/28GK104101430SQ201410323960
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】张雪静, 景娟娟, 周锦松, 李雅灿, 付锡禄, 冯蕾, 曾晓茹 申请人:中国科学院光电研究院