本發(fā)明涉及成像光譜儀應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種成像光譜儀自動定標(biāo)的方法及裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)只能獲得目標(biāo)景物的空間圖像信息，傳統(tǒng)的光譜儀是通過得到隨著波長變化的輻射強(qiáng)度曲線的光譜信息確定物質(zhì)特性，從而得到目標(biāo)光譜信息。成像光譜技術(shù)將光學(xué)成像技術(shù)與光譜探測技術(shù)相結(jié)合形成了新型遙感技術(shù)，解決了傳統(tǒng)光學(xué)成像儀有像無譜和傳統(tǒng)光譜儀有譜無像的問題。

成像光譜儀(高光譜分辨率遙感)其光學(xué)系統(tǒng)由前置望遠(yuǎn)系統(tǒng)與光譜成像系統(tǒng)組成，通過入射狹縫將二者有機(jī)組合在一起。光學(xué)成像系統(tǒng)在獲得被測目標(biāo)的空間信息時，通過光譜系統(tǒng)把被測物體的輻射分解成不同波長的輻射，每一個像元可在一個光譜范圍內(nèi)獲得幾十甚至幾百個連續(xù)的窄波段信息，能夠?qū)⑦@些信息轉(zhuǎn)化為一條平滑而且連續(xù)的光譜曲線，從而通過對光譜曲線的分析進(jìn)行物質(zhì)的識別與分類。

成像光譜儀的定標(biāo)是確定其探測單元輸出數(shù)字量與接收到的電磁波信號間定量關(guān)系的過程。定標(biāo)為不同的遙感儀在不同時間、不同地點(diǎn)測得的成型光譜數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一參照，是對成像光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定量化分析的前提。光譜儀在研制完成出廠之后，由于儀器內(nèi)部元件受溫度變化等原因會產(chǎn)生形變以及在受到?jīng)_擊后內(nèi)部元件相對位置發(fā)生變化，造成探測器中各個像素點(diǎn)與波長一一對應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化，因此需要使用過程中進(jìn)行重新定標(biāo)，也就是重新確定圖像中各個像素點(diǎn)與波長的對應(yīng)關(guān)系。

現(xiàn)有技術(shù)對成像光譜儀進(jìn)行定標(biāo)時，通過調(diào)整光學(xué)理論設(shè)計中的光學(xué)設(shè)計參數(shù)(例如光柵入射角i、棱鏡入射角j以及系統(tǒng)焦距k)，每個參數(shù)改變后，按照該參數(shù)設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)獲得的波長位置相應(yīng)也發(fā)生改變。尋找理論公式計算波長λ與實(shí)際光斑成像中波長λ位置的偏差最小值i＝besti，j＝bestj，k＝bestk，按照參數(shù)besti，bestj，bestk設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)生成譜圖矩陣，實(shí)現(xiàn)對成像光譜儀的定標(biāo)。

設(shè)備內(nèi)部元件之間發(fā)生的位置偏移程度越大，最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)與出廠定標(biāo)時的相應(yīng)的定標(biāo)參數(shù)間偏差就越大，即在原始定標(biāo)參數(shù)或上一次定標(biāo)參數(shù)處就需越大的調(diào)整范圍以確定當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)，從而導(dǎo)致在獲取當(dāng)前定標(biāo)對應(yīng)的最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)的過程中，因搜索范圍太大，增加了算法處理的復(fù)雜度，大大增加了算法耗費(fèi)的時間，降低了定標(biāo)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種成像光譜儀自動定標(biāo)的方法及裝置，使得在獲取光學(xué)設(shè)計最佳參數(shù)時縮小搜索范圍，大大縮減了計算最佳參數(shù)的時間，提高了定標(biāo)的效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明實(shí)施例一方面提供了一種成像光譜儀自動定標(biāo)的方法，包括：

獲取各定標(biāo)波長在成像光譜儀的成像圖中對應(yīng)的光斑標(biāo)準(zhǔn)位置，根據(jù)當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中各所述定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑位置與所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置計算二者整體的偏移量；

根據(jù)所述偏移量以及調(diào)整常數(shù)確定搜索因子；

根據(jù)所述搜索因子以及與定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)利用預(yù)設(shè)算法計算得到當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)，根據(jù)所述當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)對所述成像光譜儀進(jìn)行定標(biāo)。

優(yōu)選的，所述根據(jù)當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中各所述定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑位置與所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置計算二者整體的偏移量包括：

根據(jù)預(yù)設(shè)條件從所述當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中選擇符合所述預(yù)設(shè)條件的各光斑位置；

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)重心公式分別計算各所述光斑位置的重心以及各所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的重心；

將各所述光斑位置的重心與各所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的重心差值作為所述偏移量。

優(yōu)選的，當(dāng)確定光斑整體偏移用的光斑集的個數(shù)為3個時，所述根據(jù)預(yù)設(shè)條件從所述當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中選擇符合所述預(yù)設(shè)條件的各光斑位置為：

遍歷所述當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中各光斑確定符合下述公式的光斑組合：

根據(jù)下述公式從所述光斑組合中選擇Value值最小的一組光斑：

Value＝(|α_k-α₀|+|β_k-β₀|+|γ_k-γ₀|)×98+(|a_k-a₀|+|b_k-b₀|+|c_k-c₀|)；

所述Value值最小的一組光斑的位置作為符合所述預(yù)設(shè)條件的各光斑位置；

式中，式中，a₀、b₀、c₀為成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中三個標(biāo)準(zhǔn)光斑構(gòu)成的三角形的各邊長；α₀、β₀、γ₀為成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中三個標(biāo)準(zhǔn)光斑構(gòu)成的三角形的夾角；a_k、b_k、c_k為成像光譜儀成像圖中任意三個光斑構(gòu)成的三角形的各邊長；α_k、β_k、γ_k為成像光譜儀成像圖中任意三個光斑構(gòu)成的三角形的夾角；T_a、T_b、T_c為常數(shù)。

優(yōu)選的，當(dāng)確定光斑整體偏移用的光斑集的個數(shù)為3個時，所述根據(jù)預(yù)設(shè)條件從所述當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中選擇符合所述預(yù)設(shè)條件的各光斑位置為：

遍歷所述當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中各光斑確定符合下述公式的光斑組合：

根據(jù)下述公式從所述光斑組合中選擇Value值最小的一組光斑：

Value＝(|α_k-α₀|+|β_k-β₀|+|γ_k-γ₀|)×98+(|a_k-a₀|+|b_k-b₀|+|c_k-c₀|)；

所述Value值最小的一組光斑的位置作為符合所述預(yù)設(shè)條件的各光斑位置；

式中，a₀、b₀、c₀為成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中三個標(biāo)準(zhǔn)光斑構(gòu)成的三角形的各邊長；α₀、β₀、γ₀為成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中三個標(biāo)準(zhǔn)光斑構(gòu)成的三角形的夾角；a_k、b_k、c_k為成像光譜儀成像圖中任意三個光斑構(gòu)成的三角形的各邊長；α_k、β_k、γ_k為成像光譜儀成像圖中任意三個光斑構(gòu)成的三角形的夾角；T_a、T_b、T_c為常數(shù)。

優(yōu)選的，所述最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)為以下任意一種或任意組合：

最佳光柵入射角、最佳棱鏡入射角或最佳系統(tǒng)焦距。

優(yōu)選的，當(dāng)所述偏移量以二維坐標(biāo)表示時，所述調(diào)整常數(shù)在y方向上的值為0.02以及在x方向上的值為0.03。

優(yōu)選的，當(dāng)所述偏移量以二維坐標(biāo)表示時，所述調(diào)整常數(shù)為：

獲取任意一定波波長對應(yīng)在圖像中光斑的坐標(biāo)位置(x′₁,y′₁)以及相應(yīng)的最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)值besti′₁，bestj′₁；

將成像光譜儀的相機(jī)平移預(yù)設(shè)距離，獲得所述定波波長對應(yīng)在圖像中當(dāng)前光斑的坐標(biāo)位置(x′₂,y′₂)，其中x′₁≠x′₂且y′₁≠y′₂以及相應(yīng)的最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)值besti′₂，bestj′₂；

根據(jù)下式計算所述調(diào)整常數(shù)的坐標(biāo)值k₁以及k₂：

優(yōu)選的，當(dāng)所述偏移量以二維坐標(biāo)表示時，所述根據(jù)所述偏移量以及調(diào)整常數(shù)確定搜索因子為：

根據(jù)下述公式計算搜索因子：

式中，Δu、Δv為所述搜索因子的坐標(biāo)值；Δx、Δy為所述偏移量的坐標(biāo)值；k₁、k₂為所述調(diào)整常數(shù)的坐標(biāo)值。

本發(fā)明實(shí)施例另一方面提供了一種成像光譜儀自動定標(biāo)的裝置，包括：

偏移量計算模塊，用于獲取各定標(biāo)波長在成像光譜儀的成像圖中對應(yīng)的光斑標(biāo)準(zhǔn)位置，根據(jù)當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中各所述定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑位置與所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置計算二者整體的偏移量；

搜索因子計算模塊，用于根據(jù)所述偏移量以及調(diào)整常數(shù)確定搜索因子；

自動定標(biāo)模塊，用于根據(jù)所述搜索因子以及與定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)利用預(yù)設(shè)算法計算得到當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)，根據(jù)所述當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)對所述成像光譜儀進(jìn)行定標(biāo)。

優(yōu)選的，所述偏移量計算模塊包括：

確定光斑單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)條件從所述當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中選擇符合所述預(yù)設(shè)條件的各光斑位置；

計算重心單元，用于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)重心公式分別計算各所述光斑位置的重心以及各所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的重心；

偏移量確定單元，用于將各所述光斑位置的重心與各所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的重心差值作為所述偏移量。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種成像光譜儀自動定標(biāo)的方法，預(yù)先獲取各定標(biāo)波長在成像光譜儀的成像圖中對應(yīng)的光斑標(biāo)準(zhǔn)位置；然后在當(dāng)前需要定標(biāo)的成像光譜儀的成像圖中匹配與各所述定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑位置；計算當(dāng)前光斑位置與光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量，進(jìn)一步根據(jù)偏移量來確定搜索因子；根據(jù)搜索因子以及與定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)利用預(yù)設(shè)算法計算得到當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)，再根據(jù)計算得到的當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)對成像光譜儀進(jìn)行定標(biāo)。

本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案通過當(dāng)前光斑位置與光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量以及調(diào)整常數(shù)確定搜索因子，使得當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)落在搜索因子與定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)和區(qū)間范圍附近，故只需在和區(qū)間上擴(kuò)大很小的搜索范圍便可找到當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)，大大的縮小搜索范圍，有效的降低了算法運(yùn)算時間，提高了計算當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)的效率，從而提高了定標(biāo)的效率。此外，本發(fā)明實(shí)施例還針對成像光譜儀自動定標(biāo)的方法提供了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)裝置，進(jìn)一步使得所述方法更具有實(shí)用性，所述裝置具有相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(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)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一個示例性應(yīng)用場景的框架示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種成像光譜儀自動定標(biāo)方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的汞燈定標(biāo)的成像圖；

圖4為圖3中標(biāo)準(zhǔn)光斑構(gòu)成的幾何關(guān)系圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的成像光譜儀自動定標(biāo)裝置的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)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(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本申請的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于區(qū)別不同的對象，而不是用于描述特定的順序。此外術(shù)語“包括”和“具有”以及他們?nèi)魏巫冃?，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可包括沒有列出的步驟或單元。

首先結(jié)合圖1對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案涉及的一些可能的應(yīng)用場景進(jìn)行舉例介紹，以一種中階梯成像光譜儀的自動定標(biāo)為例闡述本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案。

中階梯成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)將輸入光線中包含的波長進(jìn)行分解，然后在探測器進(jìn)行成像，每一個像素點(diǎn)對應(yīng)某一個波長的光譜能量，確定探測器中各個像素點(diǎn)與波長一一對應(yīng)關(guān)系的譜圖矩陣的過程叫做定標(biāo)。以波長253nm、404nm、435nm為定標(biāo)波長，并得到定標(biāo)波長在采集的成像圖中對應(yīng)的光斑標(biāo)準(zhǔn)位置(x₁，y₁)、(x₂，y₂)以及(x₃，y₃)；利用光學(xué)設(shè)計理論算法計算光斑的理論位置(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)以及(X₃，Y₃)，也就是當(dāng)前需要定標(biāo)的成像光譜儀的成像圖中與各所述定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑位置；計算當(dāng)前光斑位置與光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量，根據(jù)偏移量來確定搜索因子(Δu、Δv)；利用下述設(shè)算法計算得到當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)，根據(jù)當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)確定圖像中各個像素點(diǎn)對應(yīng)的波長值，從而完成對成像光譜儀進(jìn)行定標(biāo)。

式中，i、j和k分別為光柵入射角、棱鏡入射角、系統(tǒng)焦距；u、v和w分別為出廠定標(biāo)的最佳光柵入射角、最佳棱鏡入射角、最佳系統(tǒng)焦距；edge1、edge2、edge3為允許相應(yīng)參數(shù)的調(diào)整范圍；X_i、Y_i為光斑的理論位置對應(yīng)的x坐標(biāo)位置以及y坐標(biāo)位置；x_i、y_i為光斑的標(biāo)準(zhǔn)位置對應(yīng)的x坐標(biāo)位置以及y坐標(biāo)位置；besti、bestj、bestk依次為最佳光柵入射角、最佳棱鏡入射角、最佳系統(tǒng)焦距；Δu、Δv為搜索因子。

現(xiàn)有技術(shù)中，最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)besti，bestj，bestk在按照上述算法計算時，如果設(shè)備內(nèi)部元件之間發(fā)生位置偏移程度越大，分別偏離出廠最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)u、v、w的值就越大。為了防止定標(biāo)參數(shù)光柵入射角的最佳值besti不落在[u-edge1，u+edge1]區(qū)間之外，edge1的取值必須足夠大，這樣便擴(kuò)大了搜索范圍，增加了算法處理時間，同樣bestj，bestk也需要很大搜索范圍。

而本申請技術(shù)方案的最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)besti基本出現(xiàn)在u+Δu附近，bestj基本出現(xiàn)在v+Δv附近。這樣，edge1只需要選用很小的值就能保證參數(shù)besti最佳值落在[u+Δu-edge1，u+Δu+edge1]區(qū)間內(nèi)，參數(shù)edge2選取很小的值就能保證參數(shù)bestj最佳值落在[v+Δv-edge2，v+Δv+edge2]區(qū)間內(nèi)。

多次實(shí)驗(yàn)測試，采用本申請技術(shù)方案，edge1＝80，edge2＝80可滿足任務(wù)要求，定標(biāo)時間為3分鐘；而采用現(xiàn)有技術(shù)，edge1＝500，edge2＝500可以滿足任務(wù)要求，定標(biāo)時間為2個小時。在達(dá)到同樣效果的情況下，利用本申請采用的方法計算量為現(xiàn)有技術(shù)采用算法的0.025倍。可見，本申請技術(shù)方案大大的提升了計算當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)的效率，從而提高了定標(biāo)的效率。

需要注意的是，上述應(yīng)用場景僅是為了便于理解本申請的思想和原理而示出，本申請的實(shí)施方式在此方面不受任何限制。相反，本申請的實(shí)施方式可以應(yīng)用于適用的任何場景。

在介紹了本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案后，下面詳細(xì)的說明本申請的各種非限制性實(shí)施方式。

首先參見圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種成像光譜儀自動定標(biāo)方法的流程示意圖，本發(fā)明實(shí)施例可包括以下內(nèi)容：

S201：獲取各定標(biāo)波長在成像光譜儀的成像圖中對應(yīng)的光斑標(biāo)準(zhǔn)位置，根據(jù)當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中所述定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑位置與所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置計算二者整體的偏移量。

定波波長可為出廠時用于定標(biāo)的波長；也可為上一次定標(biāo)用的定標(biāo)波長；也可為在當(dāng)前定標(biāo)之前的任意一次定標(biāo)所使用的定標(biāo)波長，此處，并不做任何限定。優(yōu)選的，可采用出廠定標(biāo)的定標(biāo)波長，出廠之后的第一次定標(biāo)以出廠定標(biāo)波長為基礎(chǔ)，以后每一次定標(biāo)都有出廠定標(biāo)波長的因素，考慮到后續(xù)定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑位置由于系統(tǒng)誤差等不可避免的因素，會給每一次定標(biāo)帶來誤差，若使用非出廠定標(biāo)波長，會造成誤差累積，可見用出廠定標(biāo)波長相對比較準(zhǔn)確，誤差較小。

偏移量的計算具體的過程可為：

A21：根據(jù)預(yù)設(shè)條件從當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中選擇符合預(yù)設(shè)條件的各光斑位置；

因?yàn)楫?dāng)前的成像光譜儀波長與像素點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系不準(zhǔn)確，故不可根據(jù)波長去尋找當(dāng)前成像光譜儀采集的圖像中對應(yīng)的成像光斑的位置，而是應(yīng)該根據(jù)定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑標(biāo)準(zhǔn)位置從當(dāng)前采集的成像圖中進(jìn)行匹配，匹配得到的光斑組合反演出的波長即為定標(biāo)波長。

舉例來說，請參見圖3，圖3為汞燈定標(biāo)成像圖，圖中圈出的三個能量最高的光斑(1、2、3)可作為進(jìn)行匹配的標(biāo)準(zhǔn)光斑組合(即作為光斑標(biāo)準(zhǔn)位置)，圖4為圖3中三個標(biāo)準(zhǔn)光斑構(gòu)成的三角形，具體的從當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中匹配符合標(biāo)準(zhǔn)光斑的3個光斑，作為當(dāng)前光斑位置用于計算偏移量，可根據(jù)下述過程進(jìn)行：

遍歷當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中各光斑確定符合下述公式的光斑組合：

根據(jù)下述公式從所述光斑組合中選擇Value值最小的一組光斑：

Value＝(|α_k-α₀|+|β_k-β₀|+|γ_k-γ₀|)×98+(|a_k-a₀|+|b_k-b₀|+|c_k-c₀|)；

所述Value值最小的一組光斑的位置作為符合所述預(yù)設(shè)條件的各光斑位置；

式中，a₀、b₀、c₀為成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中三個標(biāo)準(zhǔn)光斑構(gòu)成的三角形的各邊長；α₀、β₀、γ₀為成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中三個標(biāo)準(zhǔn)光斑構(gòu)成的三角形的夾角；a_k、b_k、c_k為成像光譜儀成像圖中任意三個光斑構(gòu)成的三角形的各邊長；α_k、β_k、γ_k為成像光譜儀成像圖中任意三個光斑構(gòu)成的三角形的夾角；T_a、T_b、T_c為常數(shù)。

當(dāng)然，可也采用下述的方法：

遍歷所述當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中各光斑確定符合下述公式的光斑組合：

根據(jù)下述公式從所述光斑組合中選擇Value值最小的一組光斑：

Value＝(|α_k-α₀|+|β_k-β₀|+|γ_k-γ₀|)×98+(|a_k-a₀|+|b_k-b₀|+|c_k-c₀|)；

所述Value值最小的一組光斑的位置作為符合所述預(yù)設(shè)條件的各光斑位置；

式中，a₀、b₀、c₀為成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中三個標(biāo)準(zhǔn)光斑構(gòu)成的三角形的各邊長；α₀、β₀、γ₀為成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中三個標(biāo)準(zhǔn)光斑構(gòu)成的三角形的夾角；a_k、b_k、c_k為成像光譜儀成像圖中任意三個光斑構(gòu)成的三角形的各邊長；α_k、β_k、γ_k為成像光譜儀成像圖中任意三個光斑構(gòu)成的三角形的夾角；T_a、T_b、T_c為常數(shù)。

需要說明的是，T_α、T_β、T_γ為常數(shù)，表征光斑位置在可允許范圍內(nèi)的誤差，技術(shù)人員可根據(jù)當(dāng)時成像光譜儀以及外界實(shí)驗(yàn)環(huán)境結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，本發(fā)明實(shí)施例對此并不做任何限定。

還需要說明的是，對于從當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中匹配符合條件的光斑組合時，也可采用其他方法，本發(fā)明實(shí)施例對此并不做任何限定。

A22：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)重心公式分別計算各光斑位置的重心以及各光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的重心；

當(dāng)從當(dāng)前成像光譜儀成像圖中匹配到與各所述定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑組合后，可用標(biāo)準(zhǔn)重心公式來計算光斑成像位置。當(dāng)然，可采用其他圖像處理算法進(jìn)行計算，可視具體實(shí)際情況而定，本發(fā)明實(shí)施例對此并不做任何限定。

當(dāng)成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中初始光斑集數(shù)量為3個時，可直接將三個定波波長對應(yīng)的光斑組成三角形進(jìn)行計算重心；當(dāng)成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中初始光斑集數(shù)量大于三個時，可先每三個進(jìn)行分組分別計算重心，然后將若干個重心再分別組合為三角形進(jìn)行計算重心，當(dāng)不滿足三個時，可將計算出來的重心位置與剩余的光斑組成三角形計算重心。舉例來說，當(dāng)成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中初始光斑集數(shù)量為5個時，可將其中任何三個取出計算其重心位置，再將計算得到的重心位置與剩余兩個光斑組成三角形，計算該三角形的重心；當(dāng)成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中初始光斑集數(shù)量為9個時，可將其任何三個取出分為一組，共分為三組，依次計算每組的重心位置，再將計算得到的三個重心位置組成三角形，計算該三角形的重心。

需要說明的是，成像光譜儀光斑標(biāo)準(zhǔn)位置中初始光斑集采用的定波波長為出廠時的定波波長，對應(yīng)的光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的重心在出廠時已計算并保存，之后可直接加載該值，無需再計算。

A23：將各光斑位置的重心與各光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的重心差值作為偏移量。

由于成像光譜儀的譜圖矩陣一般為二維平面坐標(biāo)表示，且成像光譜儀的成像圖中表示成像光斑位置同樣采取二維平面坐標(biāo)，例如二維笛卡爾坐標(biāo)系。故在計算偏移量時，可采用二維坐標(biāo)。

根據(jù)A22分別計算出光斑標(biāo)準(zhǔn)組合對應(yīng)的重心位置(G_x0，G_y0)，當(dāng)前光斑組合對應(yīng)的重心位置(Gx，Gy)，將其差值作為偏移量(Δx，Δy)：

S202：根據(jù)偏移量以及調(diào)整常數(shù)確定搜索因子。

優(yōu)選的，當(dāng)偏移量以二維坐標(biāo)表示時，調(diào)整常數(shù)在y方向上的值為0.02以及在x方向上的值為0.03。

當(dāng)然，調(diào)整常數(shù)也可根據(jù)下述方法進(jìn)行計算：

獲取任意一定波波長對應(yīng)在圖像中光斑的坐標(biāo)位置(x′₁,y′₁)以及相應(yīng)的最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)值besti′₁，bestj′₁；

將成像光譜儀的相機(jī)平移預(yù)設(shè)距離，獲得定波波長對應(yīng)在圖像中當(dāng)前光斑的坐標(biāo)位置(x′₂,y′₂)，其中x′₁≠x′₂且y′₁≠y′₂以及相應(yīng)的最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)值besti′₂，bestj′₂；

根據(jù)下式計算調(diào)整常數(shù)k₁以及k₂：

當(dāng)偏移量以二維坐標(biāo)表示時，根據(jù)所述偏移量以及調(diào)整常數(shù)確定搜索因子可為：

式中，Δu、Δv為所述搜索因子的值；Δx、Δy為所述偏移量的坐標(biāo)值；k₁、k₂為調(diào)整常數(shù)。

需要說明的是，調(diào)整常數(shù)也可取其他值，技術(shù)人員可根據(jù)當(dāng)時成像光譜儀以及外界實(shí)驗(yàn)環(huán)境結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，本發(fā)明實(shí)施例對此并不做任何限定。

S203：根據(jù)所述搜索因子以及與定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)利用預(yù)設(shè)算法計算得到當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)，根據(jù)所述當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)對所述成像光譜儀進(jìn)行定標(biāo)。

最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)可為最佳光柵入射角、最佳棱鏡入射角或最佳系統(tǒng)焦距。

定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)為S201中選取的定標(biāo)波長對應(yīng)的定標(biāo)過程中計算得到的最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)。即定標(biāo)波長與定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)為當(dāng)前成像光譜儀在之前同一次定標(biāo)過程中的參數(shù)。舉例來說，當(dāng)S201中選用的是出廠定標(biāo)時采用的定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑標(biāo)準(zhǔn)位置時，那么定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)即為出廠定標(biāo)時計算出的最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)。

計算當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)(i，j，k)的預(yù)設(shè)算法可為：

式中，i、j和k分別為光柵入射角、棱鏡入射角、系統(tǒng)焦距；u、v和w分別為出廠定標(biāo)的最佳光柵入射角、最佳棱鏡入射角、最佳系統(tǒng)焦距；edge1、edge2、edge3為允許相應(yīng)參數(shù)的調(diào)整范圍；X_i、Y_i為光斑的理論位置對應(yīng)的x坐標(biāo)位置以及y坐標(biāo)位置；x_i、y_i為光斑的標(biāo)準(zhǔn)位置對應(yīng)的x坐標(biāo)位置以及y坐標(biāo)位置；besti、bestj、bestk為最佳光柵入射角、最佳棱鏡入射角、最佳系統(tǒng)焦距；Δu、Δv為搜索因子。

通過計算得到的當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)來反演圖像中各個像素點(diǎn)對應(yīng)的波長值，從而確定圖像中各個像素點(diǎn)與波長的對應(yīng)關(guān)系，完成對成像光譜儀進(jìn)行定標(biāo)。

由上可知，本發(fā)明實(shí)施例通過當(dāng)前光斑位置與光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量以及調(diào)整常數(shù)確定搜索因子，使得當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)落在搜索因子與定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)和區(qū)間范圍附近，故只需在和區(qū)間上擴(kuò)大很小的搜索范圍便可找到當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)，大大的縮小搜索范圍，有效的降低了算法運(yùn)算時間，提高了計算當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)的效率，從而提高了定標(biāo)的效率。

本發(fā)明實(shí)施例還針對成像光譜儀自動定標(biāo)的方法提供了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)裝置，進(jìn)一步使得所述方法更具有實(shí)用性。下面對本發(fā)明實(shí)施例提供的成像光譜儀自動定標(biāo)的裝置進(jìn)行介紹，下文描述的成像光譜儀自動定標(biāo)的裝置與上文描述的成像光譜儀自動定標(biāo)的方法可相互對應(yīng)參照。

參見圖5，圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的成像光譜儀自動定標(biāo)裝置的在一種具體實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)圖，該裝置可包括：

偏移量計算模塊501，用于獲取各定標(biāo)波長在成像光譜儀的成像圖中對應(yīng)的光斑標(biāo)準(zhǔn)位置，根據(jù)當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中各所述定標(biāo)波長對應(yīng)的光斑位置與所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置計算二者整體的偏移量；

搜索因子計算模塊502，用于根據(jù)所述偏移量以及調(diào)整常數(shù)確定搜索因子；

自動定標(biāo)模塊503，用于根據(jù)所述搜索因子以及與定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)利用預(yù)設(shè)算法計算得到當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)，根據(jù)所述當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)對所述成像光譜儀進(jìn)行定標(biāo)。

可選的，在本實(shí)施例的一些實(shí)施方式中，所述偏移量計算模塊501例如還可以包括：

確定光斑單元5011，用于根據(jù)預(yù)設(shè)條件從所述當(dāng)前成像光譜儀的成像圖中選擇符合所述預(yù)設(shè)條件的各光斑位置；

計算重心單元5012，用于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)重心公式分別計算各所述光斑位置的重心以及各所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的重心；

偏移量確定單元5013，用于將各所述光斑位置的重心與各所述光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的重心差值作為所述偏移量。

本發(fā)明實(shí)施例所述成像光譜儀自動定標(biāo)裝置的各功能模塊的功能可根據(jù)上述方法實(shí)施例中的方法具體實(shí)現(xiàn)，其具體實(shí)現(xiàn)過程可以參照上述方法實(shí)施例的相關(guān)描述，此處不再贅述。

由上可知，本發(fā)明實(shí)施例通過當(dāng)前光斑位置與光斑標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量以及調(diào)整常數(shù)確定搜索因子，使得當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)落在搜索因子與定標(biāo)最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)和區(qū)間范圍附近，故只需在和區(qū)間上擴(kuò)大很小的搜索范圍便可找到當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)，大大的縮小搜索范圍，有效的降低了算法運(yùn)算時間，提高了計算當(dāng)前最佳光學(xué)設(shè)計參數(shù)的效率，從而提高了定標(biāo)的效率。

本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同或相似部分互相參見即可。對于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。

以上對本發(fā)明所提供的成像光譜儀自動定標(biāo)的方法以及裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。