專利名稱：空間調(diào)制型干涉光譜成像儀星上定標(biāo)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間調(diào)制型干涉光譜成像儀星上定標(biāo)方法。
背景技術(shù)：
干涉型光譜成像技術(shù)，亦稱干涉成像光譜技術(shù)，發(fā)展于上世紀(jì)90年代，采用的是遙感觀測手段，星上定標(biāo)是其核心關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國際上也正處于研究階段。
在工程實(shí)踐中，由于材料的性質(zhì)、裝調(diào)的精度等原因，儀器獲得的目標(biāo)信息總會(huì)與實(shí)際目標(biāo)存在一定差距，需要通過定標(biāo)獲得修正的參數(shù)，使儀器獲得的結(jié)果盡量符合實(shí)際目標(biāo)情況，故需進(jìn)行定標(biāo)。
干涉型超光譜成像儀的定標(biāo)與普通的CCD遙感相機(jī)不同。普通CCD遙感相機(jī)獲得的是目標(biāo)的幾何圖像，只需要進(jìn)行輻射度定標(biāo)即可滿足要求；而干涉型超光譜成像儀除了獲得目標(biāo)的幾何圖像外，還要得到目標(biāo)的光譜信息，所以其既要進(jìn)行輻射度定標(biāo)，還要進(jìn)行光譜定標(biāo)。
由于干涉型超光譜成像儀的工作原理與色散型成像光譜儀的原理不同，色散型成像光譜儀探測器接收到的是目標(biāo)的直接光譜信息，而干涉型成像光譜儀探測器接收到的是目標(biāo)光譜的傅里葉變換信息。兩者定標(biāo)目的相同，但方法差異較大。
美國于2000年7月發(fā)射的強(qiáng)力小衛(wèi)星是世界上第一臺投入實(shí)用的干涉型超光譜成像儀，強(qiáng)力小衛(wèi)星起初想用一根光纖將太陽光引入至儀器作為定標(biāo)的光源，希籍將儀器獲得的數(shù)據(jù)與已知的太陽光譜作比對，而得到修正的參數(shù)。但該設(shè)想最終并未付諸實(shí)踐，而是以地面輻射場定標(biāo)進(jìn)行比較修正。由于對太陽光譜特性了解的欠缺，目前國內(nèi)還生產(chǎn)不出適于航天應(yīng)用的光纖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了背景技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)星載干涉型超光譜成像儀定標(biāo)，即不能同時(shí)進(jìn)行輻射度定標(biāo)和光譜定標(biāo)的技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種空間調(diào)制型干涉光譜成像儀星上定標(biāo)方法，其特殊之處在于該方法包括
1).由柯拉照明系統(tǒng)或積分球系統(tǒng)光源發(fā)出光譜曲線平坦的均勻面光源，由入口3進(jìn)入積分球4，得到面均勻性更高的面光源。
2).使該光源的光譜曲線產(chǎn)生吸收峰。在出口5處放置釹鐠玻璃或其他具有吸收峰透明材料使其光譜曲線產(chǎn)生兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)吸收峰。
3).經(jīng)準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)產(chǎn)生具有一定視場角的平行光，即成為帶有特征譜線的寬譜定標(biāo)光源，用標(biāo)準(zhǔn)儀器測得該定標(biāo)光源的光譜曲線。
4).定標(biāo)光源經(jīng)過超光譜成像儀的前置鏡成像在一次像面狹縫上，然后再經(jīng)過干涉儀、傅立葉透鏡、柱面鏡在探測器陣列上產(chǎn)生干涉圖像。該圖像，經(jīng)過計(jì)算機(jī)復(fù)原軟件復(fù)原后，得到超光譜成像儀獲得的定標(biāo)光源的光譜曲線，5).將這條光譜曲線與我們預(yù)先獲得的光譜曲線比對，就可以得到我們需要的定標(biāo)參數(shù)。平坦的寬譜可以用來作輻射度定標(biāo)，光源的吸收峰可以用來確定儀器的光譜分辨率，以及譜線的位置和相對幅值。
6).用上述定標(biāo)參數(shù)對儀器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，完成定標(biāo)。
上述準(zhǔn)直鏡焦距和相對孔徑與成像光譜儀前置鏡相同；準(zhǔn)直鏡6與超光譜成像儀的前置鏡一起將積分球4出射的光會(huì)聚在超光譜成像儀光學(xué)系統(tǒng)的狹縫上，然后通過干涉儀、富里葉透鏡、柱面鏡在探測器上成像；準(zhǔn)直鏡6——將光源變?yōu)槠叫泄?；由此，整個(gè)定標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生的定標(biāo)光源就成為帶有特征譜線的寬譜光源。寬譜光源將可以用作輻射度定標(biāo)，光源的特征譜線通過光譜復(fù)原進(jìn)行光譜特性分析，可以確定光譜線位置的變化情況，達(dá)到星上相對定標(biāo)的目的；再經(jīng)準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)6，最后光線經(jīng)反射鏡7折轉(zhuǎn)光路，被引入儀器的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)。
上述定標(biāo)是指確定遙感器輸出準(zhǔn)確數(shù)值的過程，主要手段是測定遙感器對一個(gè)已知輻射特性目標(biāo)的響應(yīng)。對干涉型超光譜成像儀來說，定標(biāo)內(nèi)容主要包括光譜定標(biāo)和輻射度定標(biāo)兩方面，其中輻射度定標(biāo)又包括相對輻射度定標(biāo)和絕對輻射度定標(biāo)兩種，相對輻射度定標(biāo)用來確定儀器各譜段的相對輻射響應(yīng)和探測器不同單元的相對輻射響應(yīng)，絕對輻射定標(biāo)用來確定儀器輸出信號，使之能夠反應(yīng)輸入信號的絕對輻射強(qiáng)度。
所述的光譜定標(biāo)就是確定干涉圖零光程差的位置、頻率以及最大光程差，從而確定各譜段的中心波長和半波寬度。它對保證儀器的光譜分辨率十分重要，同時(shí)對干涉儀的工作狀態(tài)是否正常是最主要的判據(jù)。
所述的輻射度定標(biāo)通常星上主要進(jìn)行相對輻射度定標(biāo)。
已知光譜強(qiáng)度分布B(σ)的定標(biāo)光源進(jìn)入超光譜成像儀，得到像元的干涉強(qiáng)度分布為I(x)＝∫K(σ)B(σ)cos(2πxσ)dσ+ININ是像元的零輸入響應(yīng)，x為光程差，σ為波數(shù)。K(σ)是系統(tǒng)的光譜響應(yīng)函數(shù)。
上述干涉圖經(jīng)濾波、相位修正后，進(jìn)行反傅里葉變換，得到復(fù)原光譜強(qiáng)度分布B’(σ)，則有B’(σ)＝K(i，j)×B(σ)在K(i，j)中，i與j分別表示空間方向像元數(shù)與譜段數(shù)。K(i，j)就是第i列探測器單元的光譜修正值，(j＝1，2……N，N為譜段數(shù))，即光譜響應(yīng)函數(shù)。
用同樣的方法，可對各列(i＝2……M)單元求出修正值，最后得到一個(gè)完整的二維修正系數(shù)矩陣K(i，j)，提供光譜輻射度修正數(shù)據(jù)，完成光譜輻射度的定標(biāo)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.實(shí)現(xiàn)了星載干涉型超光譜成像儀的定標(biāo)；2.可同時(shí)完成輻射度定標(biāo)及光譜定標(biāo)；3.定標(biāo)精度可以達(dá)到相對精度為5％，絕對精度為10％；4.材料、儀器不需要特制；5.采用現(xiàn)有的材料、儀器即可實(shí)現(xiàn)定標(biāo)目的。


附圖為本發(fā)明星上定標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)號說明1-光源，2-聚光鏡，3-入口，4-積分球，5-出口，6-準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)，7-反射鏡。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明定標(biāo)系統(tǒng)光源的光譜曲線可預(yù)先測得。鹵鎢燈的光譜是比較平坦的，經(jīng)過積分球系統(tǒng)，譜線上會(huì)產(chǎn)生一些尖銳的吸收峰，吸收峰的數(shù)目、位置與積分球口的材質(zhì)有關(guān)。利用光譜的平坦部分做輻射度定標(biāo)，用吸收峰的位置以及半高寬做光譜定標(biāo)。
參見附圖，本發(fā)明由柯拉照明系統(tǒng)、積分球系統(tǒng)和準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)組成。
1.由柯拉照明系統(tǒng)或積分球系統(tǒng)光源發(fā)出光譜曲線平坦的均勻面光源，由入口3進(jìn)入積分球4，得到面均勻性更高的面光源。
2.使該光源的光譜曲線產(chǎn)生吸收峰。在出口5處放置釹鐠玻璃或其他具有吸收峰透明材料使其光譜曲線產(chǎn)生兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)吸收峰。
3.經(jīng)準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)產(chǎn)生具有一定視場角的平行光，即成為帶有特征譜線的寬譜定標(biāo)光源，用標(biāo)準(zhǔn)儀器測得該定標(biāo)光源的光譜曲線。
4.定標(biāo)光源經(jīng)過超光譜成像儀的前置鏡成像在一次像面狹縫上，然后再經(jīng)過干涉儀、傅立葉透鏡、柱面鏡在探測器陣列上產(chǎn)生干涉圖像。該圖像，經(jīng)過計(jì)算機(jī)復(fù)原軟件復(fù)原后，得到超光譜成像儀獲得的定標(biāo)光源的光譜曲線，5.將這條光譜曲線與我們預(yù)先獲得的光譜曲線比對，就可以得到我們需要的定標(biāo)參數(shù)。平坦的寬譜可以用來作輻射度定標(biāo)，光源的吸收峰可以用來確定儀器的光譜分辨率，以及譜線的位置和相對幅值。
6.用上述定標(biāo)參數(shù)對儀器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，完成定標(biāo)。
準(zhǔn)直鏡焦距和相對孔徑與成像光譜儀前置鏡相同。
準(zhǔn)直鏡6與超光譜成像儀的前置鏡一起將積分球4出射的光會(huì)聚在超光譜成像儀光學(xué)系統(tǒng)的狹縫上，然后通過干涉儀、富里葉透鏡、柱面鏡在探測器上成像。準(zhǔn)直鏡6——將光源變?yōu)槠叫泄狻?br> 這樣，整個(gè)定標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生的定標(biāo)光源就成為帶有特征譜線的寬譜光源。寬譜光源將可以用作輻射度定標(biāo)，光源的特征譜線通過光譜復(fù)原進(jìn)行光譜特性分析，可以確定光譜線位置的變化情況，達(dá)到星上相對定標(biāo)的目的。再經(jīng)準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)6，最后光線經(jīng)反射鏡7折轉(zhuǎn)光路，被引入儀器的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)。朗伯板8，在工程實(shí)踐中，由于材料性質(zhì)，加工、裝調(diào)精度等原因，以及空間環(huán)境與地面環(huán)境的不同，會(huì)引起儀器采集到的信號的變化，因此，需要通過定標(biāo)獲得修正的參數(shù)。
補(bǔ)充說明定標(biāo)是指確定遙感器輸出準(zhǔn)確數(shù)值的過程，主要手段是測定遙感器對一個(gè)已知輻射特性目標(biāo)的響應(yīng)。對干涉型超光譜成像儀來說，定標(biāo)內(nèi)容主要包括光譜定標(biāo)和輻射度定標(biāo)兩方面，其中輻射度定標(biāo)又包括相對輻射度定標(biāo)和絕對輻射度定標(biāo)兩種，相對輻射度定標(biāo)用來確定儀器各譜段的相對輻射響應(yīng)和探測器不同單元的相對輻射響應(yīng)，絕對輻射定標(biāo)用來確定儀器輸出信號，使之能夠反應(yīng)輸入信號的絕對輻射強(qiáng)度。
光譜定標(biāo)就是確定干涉圖零光程差的位置、頻率以及最大光程差，從而確定各譜段的中心波長和半波寬度。它對保證儀器的光譜分辨率十分重要，同時(shí)對干涉儀的工作狀態(tài)是否正常是最主要的判據(jù)。
輻射度定標(biāo)通常星上主要進(jìn)行相對輻射度定標(biāo)。
已知光譜強(qiáng)度分布B(σ)的定標(biāo)光源進(jìn)入超光譜成像儀，得到像元的干涉強(qiáng)度分布為I(x)＝∫K(σ)B(σ)cos(2πxσ)dσ+ININ是像元的零輸入響應(yīng)，x為光程差，σ為波數(shù)。K(σ)是系統(tǒng)的光譜響應(yīng)函數(shù)。
上述干涉圖經(jīng)濾波、相位修正后，進(jìn)行反傅里葉變換，得到復(fù)原光譜強(qiáng)度分布B’(σ)，則有B’(σ)＝K(i，j)×B(σ)在K(i，j)中，i與j分別表示空間方向像元數(shù)與譜段數(shù)。K(i，j)就是第i列探測器單元的光譜修正值，(j＝1，2……N，N為譜段數(shù))，即光譜響應(yīng)函數(shù)。
用同樣的方法，可對各列(i＝2……M)單元求出修正值，最后得到一個(gè)完整的二維修正系數(shù)矩陣K(i，j)，提供光譜輻射度修正數(shù)據(jù)，完成光譜輻射度的定標(biāo)。
權(quán)利要求
1一種空間調(diào)制型干涉光譜成像儀星上定標(biāo)方法，其特征在于該方法包括1).由柯拉照明系統(tǒng)或積分球系統(tǒng)光源發(fā)出光譜曲線平坦的均勻面光源，由入口3進(jìn)入積分球4，得到面均勻性更高的面光源。2).使該光源的光譜曲線產(chǎn)生吸收峰。在出口5處放置釹鐠玻璃或其他具有吸收峰透明材料使其光譜曲線產(chǎn)生兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)吸收峰。3).經(jīng)準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)產(chǎn)生具有一定視場角的平行光，即成為帶有特征譜線的寬譜定標(biāo)光源，用標(biāo)準(zhǔn)儀器測得該定標(biāo)光源的光譜曲線。4).定標(biāo)光源經(jīng)過超光譜成像儀的前置鏡成像在一次像面狹縫上，然后再經(jīng)過干涉儀、傅立葉透鏡、柱面鏡在探測器陣列上產(chǎn)生干涉圖像。該圖像，經(jīng)過計(jì)算機(jī)復(fù)原軟件復(fù)原后，得到超光譜成像儀獲得的定標(biāo)光源的光譜曲線，5).將這條光譜曲線與我們預(yù)先獲得的光譜曲線比對，就可以得到我們需要的定標(biāo)參數(shù)。平坦的寬譜可以用來作輻射度定標(biāo)，光源的吸收峰可以用來確定儀器的光譜分辨率，以及譜線的位置和相對幅值。6).用上述定標(biāo)參數(shù)對儀器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，完成定標(biāo)。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間調(diào)制型干涉光譜成像儀星上定標(biāo)方法，其特征在于所述的準(zhǔn)直鏡焦距和相對孔徑與成像光譜儀前置鏡相同；準(zhǔn)直鏡6與超光譜成像儀的前置鏡一起將積分球4出射的光會(huì)聚在超光譜成像儀光學(xué)系統(tǒng)的狹縫上，然后通過干涉儀、富里葉透鏡、柱面鏡在探測器上成像；準(zhǔn)直鏡6——將光源變?yōu)槠叫泄?；由此，整個(gè)定標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生的定標(biāo)光源就成為帶有特征譜線的寬譜光源。寬譜光源將可以用作輻射度定標(biāo)，光源的特征譜線通過光譜復(fù)原進(jìn)行光譜特性分析，可以確定光譜線位置的變化情況，達(dá)到星上相對定標(biāo)的目的；再經(jīng)準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)6，最后光線經(jīng)反射鏡7折轉(zhuǎn)光路，被引入儀器的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)。
3根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空間調(diào)制型干涉光譜成像儀星上定標(biāo)方法，其特征在于所述的定標(biāo)是指確定遙感器輸出準(zhǔn)確數(shù)值的過程，主要手段是測定遙感器對一個(gè)已知輻射特性目標(biāo)的響應(yīng)。對干涉型超光譜成像儀來說，定標(biāo)內(nèi)容主要包括光譜定標(biāo)和輻射度定標(biāo)兩方面，其中輻射度定標(biāo)又包括相對輻射度定標(biāo)和絕對輻射度定標(biāo)兩種，相對輻射度定標(biāo)用來確定儀器各譜段的相對輻射響應(yīng)和探測器不同單元的相對輻射響應(yīng)，絕對輻射定標(biāo)用來確定儀器輸出信號，使之能夠反應(yīng)輸入信號的絕對輻射強(qiáng)度。所述的光譜定標(biāo)就是確定干涉圖零光程差的位置、頻率以及最大光程差，從而確定各譜段的中心波長和半波寬度。它對保證儀器的光譜分辨率十分重要，同時(shí)對干涉儀的工作狀態(tài)是否正常是最主要的判據(jù)。所述的輻射度定標(biāo)通常星上主要進(jìn)行相對輻射度定標(biāo)。已知光譜強(qiáng)度分布B(σ)的定標(biāo)光源進(jìn)入超光譜成像儀，得到像元的干涉強(qiáng)度分布為I(x)＝∫K(σ)B(σ)cos(2π×σ)dσ+ININ是像元的零輸入響應(yīng)，x為光程差，σ為波數(shù)。K(σ)是系統(tǒng)的光譜響應(yīng)函數(shù)。上述干涉圖經(jīng)濾波、相位修正后，進(jìn)行反傅里葉變換，得到復(fù)原光譜強(qiáng)度分布B’(σ)，則有B’(σ)＝K(i，j)×B(σ)在K(i，j)中，i與j分別表示空間方向像元數(shù)與譜段數(shù)。K(i，j)就是第i列探測器單元的光譜修正值，(j＝1，2……N，N為譜段數(shù))，即光譜響應(yīng)函數(shù)。用同樣的方法，可對各列(i＝2……M)單元求出修正值，最后得到一個(gè)完整的二維修正系數(shù)矩陣K(i，j)，提供光譜輻射度修正數(shù)據(jù)，完成光譜輻射度的定標(biāo)。
全文摘要
一種空間調(diào)制型干涉光譜成像儀星上定標(biāo)方法。該方法是光譜曲線平坦的均勻面光源進(jìn)入積分球，得到面均勻性更高的面光源；使該光源的光譜曲線產(chǎn)生吸收峰；經(jīng)準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)產(chǎn)生具有一定視場角的平行光，成為帶有特征譜線的寬譜定標(biāo)光源，用儀器測得該定標(biāo)光源的光譜曲線。定標(biāo)光源經(jīng)超光譜成像儀的前置鏡成像在一次像面狹縫上，再經(jīng)干涉儀、傅立葉透鏡、柱面鏡在探測器陣列上產(chǎn)生干涉圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)復(fù)原，得到定標(biāo)光源的光譜曲線；將該光譜曲線與預(yù)先獲得的光譜曲線比對，得到所需的定標(biāo)參數(shù)。用上述定標(biāo)參數(shù)對儀器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，完成定標(biāo)。
文檔編號G01J3/26GK1635346SQ20031012475
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者相里斌, 黃旻, 計(jì)忠瑛, 王忠厚, 袁艷, 李立英 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所