本發(fā)明涉及光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多光譜相機像面裝調(diào)方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，航空遙感技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、測繪、海洋探測和軍事偵察等諸多領(lǐng)域，它正逐漸成為人們獲取各種空間信息、發(fā)現(xiàn)和識別目標最重要手段之一。利用搭載在飛機上的遙感儀器進行對地觀測，具有快速、靈活、機動性高的優(yōu)點。對于遙感對地觀測來說，提高對目標的探測能力不僅僅依賴空間分辨率的提高，還依賴相機覆蓋的波段范圍及波段數(shù)。顯然這就涉及到光譜成像技術(shù)，通過獲得地物幾個或更多波段的光譜信息，實現(xiàn)目標空間信息、輻射信息、光譜信息的同步獲取，能夠提高對目標特性的綜合探測感知與識別，極大地擴展了遙感探測技術(shù)的目標分辨、監(jiān)測能力。

多光譜成像技術(shù)是上世紀60年代初期出現(xiàn)的一種遙感技術(shù)，其波段范圍及波段數(shù)的選擇與應(yīng)用目標直接相關(guān)，通過對特定譜段信息和全色信息的獲取，對揭示目標的各種物化性質(zhì)、提高目標識別能力具有重要意義。而獲取的圖像質(zhì)量的好壞、能否滿足用戶的要求，這是多光譜相機成功與否的關(guān)鍵。在該類儀器的研制任務(wù)中，尤其是裝調(diào)環(huán)節(jié)中，其成像質(zhì)量的檢測是儀器能否正常工作的重要步驟。隨著經(jīng)驗的積累，在新的儀器系統(tǒng)裝調(diào)時實時對其性能進行檢測，從而指導(dǎo)的相關(guān)環(huán)節(jié)的調(diào)整，已經(jīng)成為光譜遙感系統(tǒng)工程化實施的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的光機系統(tǒng)裝調(diào)過程中，對于鏡頭系統(tǒng)像質(zhì)的檢測、判斷，除了利用人眼對于相關(guān)鑒別率板圖像的判讀，還可以利用傳函儀給出相機光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線這樣一個定量化的結(jié)果作為參考。然而面對整機裝調(diào)過程中探測器的調(diào)整，關(guān)系到最終像面的位置，直接影響最終儀器的像質(zhì)，卻只能利用人眼對于相關(guān)鑒別率板圖像的判讀這種定性化的方法，完全依賴于各人經(jīng)驗，因人而異。尤其是在極近距離調(diào)整靶面位置時，通過觀察已經(jīng)很難判別靶標像質(zhì)優(yōu)劣，存在很大不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種多光譜相機像面裝調(diào)方法，克服了傳統(tǒng)方法依賴經(jīng)驗以及近距離調(diào)整難以判讀的情況，能很好的滿足遙感儀器裝調(diào)過程中的應(yīng)用需求。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種多光譜相機像面裝調(diào)方法，包括：

將鑒別率靶標放置于平行光管焦面位置，采用均勻的輻射源照亮鑒別率靶標；

將多光譜相機連接上信號采集處理系統(tǒng)后，放置于平行光管前，通過調(diào)整多光譜相機光軸與平行光管光軸的角度，使得鑒別率靶標圖像落入像面上當前的檢測譜段；

前后調(diào)整鑒別率靶標的位置，根據(jù)鑒別率靶標圖像的變化，確定對應(yīng)實際像面位置靶標應(yīng)該調(diào)整的方向；

調(diào)整實際像面位置靶標至能夠判讀的最清楚位置，并利用信號采集處理系統(tǒng)采集此時的鑒別率靶標圖像；同時，在焦面位置公差尺度范圍內(nèi)，前后調(diào)整實際像面位置靶標的位置，并采集對應(yīng)的鑒別率靶標圖像；

提取各位置鑒別率靶標圖像的邊緣圖像，生成邊緣響應(yīng)，并對其求導(dǎo)，再做傅里葉變換即可得到對應(yīng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線mtf；

利用mtf來確定當前的檢測譜段的最優(yōu)像面位置；

重復(fù)上述步驟，獲得所有檢測譜段的最優(yōu)像面位置，從而對多光譜相機裝調(diào)靶面位置進行調(diào)整。

輻射源、鑒別率靶標、平行光管以及多光譜相機均放置于光學(xué)隔振平臺上。

平行光管口徑有效通光口徑大于多光譜相機的有效通光口徑。

生成邊緣響應(yīng)包括：

多次測量同一位置的邊緣響應(yīng)，將各次邊緣響應(yīng)進行對齊后平均，生成所需的邊緣響應(yīng)；

同時，對于每一次測量的邊緣響應(yīng)均需要去除背景影響：通過遮擋輻射源，對背景響應(yīng)進行單獨測量，然后從邊緣響應(yīng)中去除。

所得到的mtf包括多光譜相機當前的檢測譜段、平行光管、信號采集處理系統(tǒng)在內(nèi)的各部分mtf，其關(guān)系如下：

mtfsystem＝mtfcam×mtfcol×mtfdata；

其中，mtfsystem為所得到的mtf，mtfcam為多光譜相機當前的檢測譜段的mtf；mtfcol為平行光管的mtf；mtfdata為信號采集處理系統(tǒng)的mtf。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，針對傳統(tǒng)的整機裝調(diào)，尤其是探測器位置的調(diào)整，依賴人眼對鑒別率板圖像的判讀，缺乏定量化的方法作為像質(zhì)檢測的評價的缺點；根據(jù)濾光片陣列式多光譜相機，提出了一種提取鑒別率板靶標圖像邊緣，通過數(shù)字處理得到mtf曲線，作為整機系統(tǒng)裝調(diào)中像面位置調(diào)整的定量化參考；同時，本發(fā)明提出的定量化的測量，克服了傳統(tǒng)方法在近距離調(diào)整難以判讀的缺點，能很好的滿足遙感儀器裝調(diào)過程中的應(yīng)用需求；而且，整個方法完全利用的是傳統(tǒng)探測器裝調(diào)過程的環(huán)境條件，僅添加了數(shù)字處理獲取mtf的環(huán)節(jié)，不需要額外添加測試儀器，整個方法簡單、易行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的基于邊緣響應(yīng)計算mtf原理示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種多光譜相機像面裝調(diào)方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的實現(xiàn)多光譜相機像面裝調(diào)方法所涉及的儀器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的濾光片陣列式多光譜相機的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

傳統(tǒng)的整機裝調(diào)，尤其是探測器位置的調(diào)整，依賴人眼對鑒別率板圖像的判讀，缺乏定量化的方法作為像質(zhì)檢測的評價。因此，為了滿足日益高漲的遙感應(yīng)用需求，針對一種濾光片陣列式多光譜相機，本發(fā)明提出了一種提取鑒別率板靶標圖像邊緣，通過數(shù)字處理得mtf曲線，作為整機系統(tǒng)裝調(diào)靶面位置調(diào)整的參考。這種方法利用的是邊緣響應(yīng)(esf)與調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的對應(yīng)關(guān)系，如圖1所示，其中l(wèi)sf為線擴散函數(shù)。本發(fā)明的方案結(jié)合傳統(tǒng)鑒別率圖像判斷的方法，能夠給出一個定量化的結(jié)果，克服了傳統(tǒng)方法依賴經(jīng)驗以及近距離調(diào)整難以判讀的情況，能很好的滿足遙感儀器裝調(diào)過程中的應(yīng)用需求。

下面結(jié)合附圖2對該方法做詳細介紹，如圖2所示，為一種多光譜相機像面裝調(diào)方法的流程圖，其主要包括如下步驟：

步驟11、將鑒別率靶標放置于平行光管焦面位置，采用均勻的輻射源照亮鑒別率靶標。

本發(fā)明實施例中，輻射源類型隨多光譜相機工作譜段變化。對于工作在可見光到近紅外的儀器，輻射源一般采用鹵鎢燈照明的積分球光源。檢測時，在確保多光譜相機工作在線性區(qū)域的前提下，調(diào)高輻射源強度，以便提高信噪比。

步驟12、將多光譜相機連接上信號采集處理系統(tǒng)后，放置于平行光管前，通過調(diào)整多光譜相機光軸與平行光管光軸的角度，使得鑒別率靶標圖像落入像面上當前的檢測譜段。

本發(fā)明實施例中，平行光管口徑有效通光口徑大于多光譜相機的有效通光口徑，以降低其衍射對多光譜相機的影響。檢查測試設(shè)備，確保都處于良好的工作狀態(tài)。觀察多光譜相機所成的像，通過調(diào)整多光譜相機光軸與平行光管光軸的角度，使得鑒別率靶標圖像落入像面上對應(yīng)的需要檢測的譜段。

本方案所涉及的儀器之間的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中，1-輻射源，2-鑒別率靶標(平行光管自帶)，3-平行光管，4-多光譜相機，5-信號采集處理系統(tǒng)。另外，為了減小振動的影響，輻射源1、鑒別率靶標2、平行光管3以及多光譜相機4均放置于光學(xué)隔振平臺6上。

步驟13、前后調(diào)整鑒別率靶標的位置，根據(jù)鑒別率靶標圖像的變化，確定對應(yīng)實際像面位置靶標應(yīng)該調(diào)整的方向。

步驟14、調(diào)整實際像面位置靶標至能夠判讀的最清楚位置，并利用信號采集處理系統(tǒng)采集此時的鑒別率靶標圖像；同時，在焦面位置公差尺度范圍內(nèi)，前后調(diào)整實際像面位置靶標的位置，并采集對應(yīng)的鑒別率靶標圖像。

步驟15、提取各位置鑒別率靶標圖像的邊緣圖像，生成邊緣響應(yīng)，并對其求導(dǎo)，再做傅里葉變換即可得到對應(yīng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線mtf。

測得的邊緣響應(yīng)會受到背景、噪聲以及抖動等因素的影響，如果不對其進行處理，會影響mtf測試結(jié)果。

因此，為了去除抖動的影響，通過多次測量同一位置的邊緣響應(yīng)，將各次邊緣響應(yīng)進行對齊后平均，生成所需的邊緣響應(yīng)；再進行求導(dǎo)與傅里葉變換。

同時，對于每一次測量的邊緣響應(yīng)均需要去除背景影響：通過遮擋輻射源，對背景響應(yīng)進行單獨測量，然后從邊緣響應(yīng)中去除。

步驟16、利用mtf來確定當前的檢測譜段的最優(yōu)像面位置。

所得到的mtf包括多光譜相機當前的檢測譜段、平行光管、信號采集處理系統(tǒng)在內(nèi)的各部分mtf，其關(guān)系如下：

mtfsystem＝mtfcam×mtfcol×mtfdata；

其中，mtfsystem為所得到的mtf，mtfcam為多光譜相機當前的檢測譜段的mtf；mtfcol為平行光管的mtf；mtfdata為信號采集處理系統(tǒng)的mtf。

由于是進行相對測量，只需要比較在不同位置時的mtf大小，可以判斷最佳像面位置即可，而在這個過程中平行光管和信號采集處理系統(tǒng)的mtf可以認為不變。顯然，結(jié)合獲取的mtf曲線的情況，可以判斷一個最優(yōu)的像面位置。

步驟17、重復(fù)上述步驟，獲得所有檢測譜段的最優(yōu)像面位置，從而對多光譜相機裝調(diào)靶面位置進行調(diào)整。

對于其他的檢測譜段，只需要執(zhí)行步驟12，來調(diào)整多光譜相機光軸與平行光管光軸的角度，使得鑒別率靶標圖像落入像面上對應(yīng)的檢測譜段，再執(zhí)行步驟12～步驟16，即可獲得對應(yīng)的檢測譜段的最優(yōu)像面位置。根據(jù)獲取的像面位置數(shù)據(jù)，權(quán)衡各譜段的結(jié)果，修切探測器隔圈。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，探測器隔圈位于鏡頭和探測器之間，根據(jù)上述方法得到最優(yōu)像面位置，進而得到相機理想像面的偏移量，然后可以通過修切探測隔圈的厚度來保證最優(yōu)像面位置。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，文中所述的多光譜相機的結(jié)構(gòu)、種類沒有限制，例如，可以為圖4所示的濾光片陣列式多光譜相機。圖4中，7-成像物鏡，8-濾光片陣列，9-面陣探測器。其原理如如下：成像物鏡7實現(xiàn)對目標成像的功能，濾光片陣列8位于面陣探測器9前，實現(xiàn)對目標光譜的視場分割；面陣探測器9通過光電效應(yīng)獲取和記錄數(shù)字信息；整個多光譜相機可以看作在傳統(tǒng)的相機系統(tǒng)中加入了一個濾光片陣列8，放置在面陣探測器9靶面前。在濾光片陣列8上沿著垂直于飛行的方向鍍制多個不同譜段的濾光膜，每個條帶濾光膜只能通過相應(yīng)譜段的圖像，面陣探測器的若干行像元對應(yīng)一個光譜帶，則整個面陣探測器9對應(yīng)若干光譜帶。顯然，不同視場經(jīng)過各個條帶濾光膜濾波，在面陣探測器上獲取的是相應(yīng)視場的不同光譜信息，每次拍照獲得某一區(qū)域目標的二維空間信息和不同視場對應(yīng)不同的光譜信息。通過平臺飛行推掃，邊緣視場移動至面陣探測器的像面中心，再次曝光將獲取該目標的另外一個譜段信息，從而獲得目標的完整數(shù)據(jù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

1)針對傳統(tǒng)的整機裝調(diào)，尤其是探測器位置的調(diào)整，依賴人眼對鑒別率板圖像的判讀，缺乏定量化的方法作為像質(zhì)檢測的評價的缺點。根據(jù)濾光片陣列式多光譜相機，提出了一種提取鑒別率板靶標圖像邊緣，通過數(shù)字處理得到mtf曲線，作為整機系統(tǒng)裝調(diào)中像面位置調(diào)整的定量化參考。

2)本發(fā)明提出的定量化的測量，克服了傳統(tǒng)方法在近距離調(diào)整難以判讀的缺點，能很好的滿足遙感儀器裝調(diào)過程中的應(yīng)用需求；而且，整個方法完全利用的是傳統(tǒng)探測器裝調(diào)過程的環(huán)境條件，僅添加了數(shù)字處理獲取mtf的環(huán)節(jié)，不需要額外添加測試儀器，整個方法簡單、易行。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。