本實用新型屬于光學領域，涉及一種光譜定標裝置，尤其涉及一種多維信息一體化獲取相機的光譜定標裝置。

背景技術：

多維信息一體化獲取相機可同時獲取物體的多種本證信息，為目標探測和識別提供豐富的信息，如成像光譜儀可以同時獲得物體的圖像、光譜信息，偏振成像光譜儀則可以同時獲得物體的偏振、圖像、光譜信息，多維信息一體化獲取技術在生物醫(yī)學、航天遙感、軍事偵察、地質(zhì)調(diào)查、大氣環(huán)境監(jiān)測等領域具有重要的應用價值。

多維信息一體化獲取相機的關鍵技術之一是對其所獲取數(shù)據(jù)的定量化研究，即多維信息一體化獲取相機的定標問題。定標包括幾何定標、輻射定標、光譜定標以及偏振定標，其中光譜定標的目的在于確定各光譜通道的中心波長及光譜分辨率。目前，常用的光譜定標方法主要有特征光譜定標法和單色儀波長掃描法。特征光譜定標法利用汞燈、鈉燈等標準燈的發(fā)射譜線對儀器進行標定，具有結構簡單、易操作的優(yōu)點，但是無法實現(xiàn)多維信息一體化獲取相機全波段中心波長的標定及對應光譜分辨率的標定，適用范圍窄。單色儀波長掃描法能夠獲得多維信息一體化獲取相機每一光譜通道的中心波長及光譜分辨率，具有全波段定標、適用范圍廣的優(yōu)點，但由于單色儀輸出光波線寬較大，導致此方法的光譜分辨率定標精度低，且無法對光譜分辨率高的相機進行準確定標；此外，由于該方法所用平行光管在單色儀輸出光波有效線寬范圍內(nèi)對不同波長透過率的差異，將導致單色儀輸出光波中心波長的漂 移，從而使得相機中心波長定標精度下降。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述背景中傳統(tǒng)光譜定標方法適用范圍窄、定標精度低的問題，本實用新型提供了一種適用范圍廣、定標精度高的多維信息一體化獲取相機的光譜定標裝置。

本實用新型的技術方案是：

多維信息一體化獲取相機的光譜定標裝置，包括多維信息一體化獲取相機、光譜分析儀；其特殊之處在于：還包括積分球和定標光源組件；所述定標光源組件固定安裝在積分球的入光口處，多維信息一體化獲取相機和光譜分析儀的探頭均固定在積分球的出光口處，光譜分析儀的探頭位于多維信息一體化獲取相機的上方/下方；所述積分球的出光口直徑大于多維信息一體化獲取相機的入瞳直徑；所述定標光源組件包括單色儀、不同波長的激光器以及固定靶輪；所述固定靶輪上開設有中心孔，單色儀光源發(fā)出的光束通過所述中心孔進入積分球；所述固定靶輪上分布有多個孔組，用于固定激光器光源的光纖端口；每個孔組包含至少一個通孔，且同一孔組的通孔上固定安裝的激光器光源型號相同。

基于上述基本方案，本實用新型還作出如下優(yōu)化：

上述多維信息一體化獲取相機固定在積分球的出光口的正前方。

上述定標裝置還包括控制計算機，用于控制單色儀光源和各激光器光源。

上述多個孔組均布在所述固定靶輪上。

上述孔組至少有5個。

上述孔組有20個。

上述每個孔組包含3個通孔。

本實用新型的優(yōu)點是：

1、本實用新型利用特殊設計的定標光源組件和積分球組合，輸出能充滿多維信息一體化獲取相機全視場、全口徑范圍的定標用光波，中心波長的定標精度能夠達到亞納米量級；本實用新型能夠自由控制定標光源組件輸出單色光波、準單色光波，并可對定標光源組件的光源強度進行調(diào)節(jié)，具備在大動態(tài)范圍內(nèi)進行光譜定標的能力，應用范圍廣。

2、本實用新型通過控制計算機實現(xiàn)定標光源組件的自動控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，計算響應時間短，定標結果準確度高。

3、本實用新型結構簡單、穩(wěn)定性高、重復性好。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型的光纖端口固定裝置的結構示意圖；

圖中，1‐積分球，11‐入光口，12‐出光口，2‐多維信息一體化獲取相機，3‐光譜分析儀，4‐探頭，5‐定標光源組件，51‐固定靶輪，511‐中心孔，512‐孔組，513‐通孔。

具體實施方式

圖1為本實用新型所提供的多維信息一體化獲取相機的光譜定標裝置的結構示意圖。如圖1所示，該光譜定標裝置包括積分球1、多維信息一體化獲取相機2、光譜分析儀3、定標光源組件5以及用于控制定標光源組件5的控制計算機。

定標光源組件5固定安裝在積分球1的入光口51處；多維信息一體化獲取相機2和光譜分析儀3的探頭4均固定在積分球1的出光口12處，同時，光譜分析儀3的探頭4位于多維信息一體化獲取相機2的上方，且積分球1 的出光口12的直徑大于多維信息一體化獲取相機2的入瞳直徑，以保證從出光口12輸出能夠充滿多維信息一體化獲取相機2的全視場、全口徑范圍的定標用光波。定標光源組件5包括單色儀、不同波長的激光器以及固定靶輪51；固定靶輪51上開設有中心孔511，單色儀光源發(fā)出的光束通過中心孔511進入積分球1；固定靶輪51上還分布有多個孔組512，用于固定激光器光源；每個孔組512包含至少一個通孔513，且屬于同一孔組的通孔513上固定安裝的激光器光源型號相同，可根據(jù)定標的動態(tài)范圍確定通孔513和相應的激光器的數(shù)量。圖2給出了固定靶輪51的一個具體結構示意圖，如圖2所示，固定靶輪51的中心開設有中心孔511，固定靶輪51上還均布有20個孔組512，用來固定不同波長的激光器；每個孔組512包含3個通孔513。

將多維信息一體化獲取相機各通道用符號k表示，k＝1,2,…,N，其中，N為多維信息一體化獲取相機的總通道數(shù)；采用本實用新型進行光譜定標的具體方法為：

Step1：采集多維信息一體化獲取相機各通道中心波長定標用數(shù)據(jù)

(1)控制單色儀，使其在多維信息一體化獲取相機的工作波段范圍內(nèi)每隔1nm～10nm輸出一準單色光波，利用光譜分析儀的探頭在積分球的出光口處采集數(shù)據(jù)，獲取積分球出光口處出射光波的真實中心波長λ_i，i＝1,2,…,W，其中，i為各準單色光波的序號，W為定標時單色儀所輸出準單色光波的總數(shù)；

(2)打開多維信息一體化獲取相機的探測器，采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行濾波、切趾、復原處理，獲取復原后的光譜曲線，計算譜線峰值所對應的通道位置N_i；

Step2：采集多維信息一體化獲取相機各通道光譜分辨率定標用數(shù)據(jù)

(1)根據(jù)多維信息一體化獲取相機的工作波段選擇激光器，所述激光器 的光譜段在多維信息一體化獲取相機的工作光譜段范圍內(nèi)；所述激光器光源的中心波長記為λ_j，j＝1,2,…,V，其中，V為定標用激光器光源的總數(shù)；

(2)將Step2(1)中所選定的各激光器的光源依次打開，打開多維信息一體化獲取相機，采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行濾波、切趾、復原處理，獲取復原后的光譜曲線，計算譜線峰值所對應的通道位置N_j，以及譜線的峰值半高寬Δλ_j，其中，j＝1,2,…,V；

Step3：采用插值法標定通道位置k處的中心波長λ_k和光譜分辨率Δλ_k

采用插值方法對N_i，λ_i進行插值，獲取通道位置k處所對應的中心波長λ_k；采用插值方法對N_j，Δλ_j進行插值，獲取通道位置k處所對應的光譜分辨率Δλ_k。具體為：

(1)分別采用多種插值方法(例如最近鄰插值法、線性插值法、分段多項式插值法和樣條插值法)獲取通道位置N_j處的中心波長λ_j'；

(2)通過計算λ_j'相對于所述λ_j的偏移量Δ，對比驗證各插值方法所獲取的λ_k的精度；

(3)對比各插值方法對應的偏移量Δ，選用Δ最小的插值方法標定通道位置k處的中心波長λ_k以及光譜分辨率Δλ_k。

上述偏移量Δ按下述公式計算：

$\mathrm{\Δ}=\sqrt{\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{V}{\Σ}}{({{\mathrm{\λ}}_j}^{\′}-{\mathrm{\λ}}_j)}^2}{V-1}}.$

由于光譜分析儀3的波長精度能達到亞納米量級，因此，本實用新型所提供的定標方法的中心波長的定標精度在亞納米量級；激光器輸出光譜的線寬通常在納米量級，遠小于單色儀輸出光譜的線寬，因此，本實用新型能夠更為精確地獲取相機的光譜分辨率。