專利名稱：超光譜成像儀短波紅外實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)領(lǐng)域，波段范圍為短波紅外波段(波長為 1000-2500nm)，具體是指通過譜線漂移校正模型對超光譜成像儀譜線溫漂進(jìn)行校正的方法。
背景技術(shù)：
為了定量獲得地物圖像信息，在發(fā)射之前需對遙感儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)以獲取儀器的性能參數(shù)，其中實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)包括光譜定標(biāo)和輻射定標(biāo)。其中光譜定標(biāo)是獲得遙感器各波段的中心波長和光譜響應(yīng)帶寬(一般用半波寬描述)；輻射定標(biāo)是根據(jù)光譜定標(biāo)得到的波段響應(yīng)特性計(jì)算儀器各個探測元的輻射定標(biāo)系數(shù)(包括增益和偏置)。目前實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)方法主要采用譜線燈方法、單色儀掃描法和特征峰吸收法。譜線燈方法利用汞燈、鈉燈的發(fā)射譜線，實(shí)現(xiàn)波長的標(biāo)定，但無法標(biāo)定光譜帶寬；單色儀掃描法是利用單色儀在相應(yīng)波長范圍內(nèi)以一定的步長掃描，并采集探測器各個波段的響應(yīng)，利用高斯曲線擬合比較精確地得到響應(yīng)峰值的波長和半波寬。其實(shí)驗(yàn)室裝置見

圖1 ；特征峰吸收法是利用摻雜稀土元素的反射板位置來測量探測元的中心波長，例如EO-I中的Hyperion高光譜成像儀就分別測量對波長有高反射的spectralon板和摻有稀土元素的spectralon板，根據(jù)摻有稀土元素白板的特定吸收譜線位置對儀器進(jìn)行中心波長和半波寬標(biāo)定。單色儀掃描法定標(biāo)精度高且易于操作，使用較為廣泛。本方法的提出也是基于單色儀掃描法，單色儀以波段帶寬的1/10為步長采集短波紅外波段光譜。然而隨著采集時間的增加，遙感儀器內(nèi)部產(chǎn)熱引起光機(jī)結(jié)構(gòu)和框架的變化，造成波段中心波長向長波方向偏移，波段序號越大，中心波長的偏移量越大。單色儀采集一次短波紅外的全波段數(shù)據(jù)需要大概23分鐘，在這段時間內(nèi)波長漂移顯著，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得偏移量在0. 5個波段帶寬以上。超光譜成像儀的光譜分辨率高，達(dá)納米數(shù)量級，通道內(nèi)中心波長的微小偏移會影響輻射定標(biāo)系數(shù)的精度，進(jìn)一步影響遙感圖像應(yīng)用的精度。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提出一種超光譜成像儀短波紅外實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)校正方法，以修正由于長時間采集產(chǎn)生的波長漂移問題。該校正方法首先選取波長校正波段a、b、c等，分別采集多組并通過數(shù)值計(jì)算和線性回歸方法獲得校正波段通道變化量與采集時間偏移量的變化規(guī)律，根據(jù)規(guī)律建立譜線漂移校正模型，最后根據(jù)譜線漂移校正模型對短波紅外全波段光譜定標(biāo)結(jié)果進(jìn)行譜線漂移校正。該方法是建立在單色儀掃描法實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)(圖1)裝置基礎(chǔ)上的標(biāo)準(zhǔn)光源按從左到右順序先經(jīng)過單色儀分光，分光后的單色光經(jīng)過目標(biāo)模擬器準(zhǔn)直為平行光后入射到光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)中。通過軟件設(shè)備控制單色儀的分光步長和光譜儀的水平和俯仰角度， 確保單色儀狹縫同光學(xué)系統(tǒng)狹縫對準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)每次測量之前要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度，控制在常溫20°C，同時保持光譜儀制冷機(jī)、光學(xué)系統(tǒng)、電箱及框架等溫度在每次測量時均一致 (偏差在士0.5°C )。其具體步驟是1)選擇波長校正波段并采集。選取整個波段范圍中信噪比較高的波段作為校正波段，校正波段的采集波長范圍為波段中心波長士半波寬，以確保能完整采集校正波段。具體采集方法如下a)確定光譜儀采集的積分時間和指向鏡角度。b)調(diào)整狹縫光線的視場位置，待環(huán)境溫度穩(wěn)定并達(dá)到實(shí)驗(yàn)室要求后光譜儀開機(jī)。c)采集校正波段，重復(fù)連續(xù)采集多組，保證校正波段的重復(fù)采集總時間不少于全波段譜線的采集時間。d)待校正波段多組采集完畢后，關(guān)機(jī)冷卻直至環(huán)境溫度再次穩(wěn)定。重復(fù)步驟a)-d)，得到其他校正波段的采集數(shù)據(jù)。2)分析每個校正波段的通道偏移量ACHai相對時間偏移量ATai的變化規(guī)律，其中通道偏移量ACHai為波段內(nèi)中心波長變化量Δ λ ai與半波寬AFWHMai的比值，i代表參考點(diǎn)采集組號，a代表校正波段序號。
權(quán)利要求
1. 一種超光譜成像儀短波紅外實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)譜線漂移校正方法，其特征在于已包括的步驟如下(1)選擇波長校正波段并采集。選取整個波段范圍中信噪比較高的波段作為校正波段， 校正波段的采集波長范圍為波段中心波長士半波寬，以確保能完整采集校正波段；具體采集方法如下a)確定光譜儀采集的積分時間和指向鏡角度；b)調(diào)整狹縫光線的視場位置，待環(huán)境溫度穩(wěn)定并達(dá)到實(shí)驗(yàn)室要求后光譜儀開機(jī)；c)采集校正波段，重復(fù)連續(xù)采集多組，保證校正波段的重復(fù)采集總時間不少于全波段譜線的采集時間；d)待校正波段多組采集完畢后，關(guān)機(jī)冷卻直至環(huán)境溫度再次穩(wěn)定；重復(fù)步驟a) -d)，得到其他校正波段的采集數(shù)據(jù)；2)分析每個校正波段的通道偏移量ACHai相對時間偏移量ATai的變化規(guī)律，其中通道偏移量ACHai為波段內(nèi)中心波長變化量Δ λ ai與半波寬AFWHMai的比值，i代表參考點(diǎn)采集組號，a代表校正波段序號；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超光譜成像儀短波紅外波段(1000-2500nm)的實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)校正方法。它基于單色儀掃描法基礎(chǔ)上，通過采集校正波段并利用數(shù)值計(jì)算和線性回歸分析求其通道偏移量同時間偏移量的關(guān)系，建立譜線漂移校正模型，最后根據(jù)譜線漂移校正模型特征對短波紅外全波段數(shù)據(jù)進(jìn)行譜線漂移校正。通過本發(fā)明的超光譜成像儀實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)校正方法能夠很好地修正由于成像儀儀器內(nèi)部產(chǎn)熱而導(dǎo)致的譜線波長向長波漂移問題。在定標(biāo)精度允許的范圍內(nèi)，模型可靠且時間漂移規(guī)律具有重復(fù)性，有實(shí)用價值。本文提出的解決方案已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用到了超光譜成像儀的實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)方法中，所提出的模型可為其他同類型遙感器出現(xiàn)類似情況時提供參考依據(jù)。
文檔編號G01J3/02GK102538966SQ20121001938
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者孟鵬, 鞏彩蘭, 栗琳, 胡勇 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所