[发明专利]成像光谱仪的自动光谱定标系统及方法

说明书

技术领域：

本发明属于应用光学领域中的成像光谱定标，具体地说，涉及一种光机电一体化并包含光源、斩波器、单色仪、平行光管、成像光谱仪头部及前放、多路开关与单色仪控制模块、锁相放大器、计算机及系统控制、数据采集与分析模块的成像光谱仪自动光谱定标系统。以及成像光谱仪的自动光谱定标方法。

背景技术：

二十世纪八十年代出现的成像光谱技术，把二维成像技术和光谱技术有机地结合起来，不仅能对物体进行形态成像，而且还能提供丰富的光谱信息；通过测量图像中每个象素的光谱，能够识别视觉上不明显的颜色差异，人们可以通过复杂的算法从分析的图像中提取最大的信息量。集成像与光谱为一体的成像光谱仪能够在连续光谱段上对同一地物进行分光谱的同时成像，即在探测物体空间特征的同时将各个空间象元色散形成5-10nm光谱分辨率的光谱信息，从而能从图谱合一的影像立方体上的任一象元得到类似于实验室光谱仪测量物质的光谱曲线。成像光谱数据可以对观测目标在几何形状和光谱特征两个方面进行分析和识别。由于成像光谱技术具有光谱分辨率高、波段多、图像与光谱相结合等优点，因而使得它一出现就受到了极大的重视，并在生态、地质、矿产、海洋、陆地水资源、冰雪和大气环境等各遥感领域得到了广泛的应用。

随着成像光谱技术的发展，定量化分析的需求越来越强烈，仅仅通过目标辐射的相对强弱进行影像分析已无法满足实际应用的需要，只有遥感数据定量化，才能更好地对地物的物理性质做出判断，定量化已经成为遥感发展的必然趋势。为了实现成像光谱应用的定量化，遥感仪器首先必须自我标定。对于每一台成像光谱遥感仪器，自身的定标过程必不可少。此外，由于外界环境、温度、冲击等的影响和成像光谱仪自身光学、机械、探测器的性能随着时间的变化，成像光谱仪的系统响应会发生变化，为了获取正确的定量数据，必须对仪器进行经常性的定标。如果同一仪器在不同时段获取的信息，或不同遥感仪器对同一地物获取的信息不能有效地进行对比，那么成像光谱技术的发展便有了阻碍。为了反演地物的光谱曲线，有必要对成像光谱仪进行光谱定标，以确定成像光谱仪各个通道的中心波长位置和通道光谱带的宽度。光谱定标作为成像光谱仪定标的第一步具有重要的意义，是进一步开展辐射定标的基础。

二十世纪九十年代，中国上海技术物理研究所研制了一套半自动的成像光谱仪光谱定标系统，该系统只能采集单个通道的光谱响应曲线，并且使用ISA总线传递采集数据。此外，由于光谱定标中，成像光谱仪各个通道出来的峰值响应幅度不一，高达100倍之多，只得靠经验来确定每个通道相应的锁相放大器灵敏度。上述缺陷给成像光谱仪的光谱定标带来了很大的麻烦。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能够对成像光谱仪自动光谱定标的新方法，为成像光谱仪的辐射定标、数据量化提供方便。并提供一套实现这种新方法的成像光谱仪自动光谱定标实用系统。

本发明采用模块化集成技术构思，把光源、斩波器、单色仪、平行光管、成像光谱仪头部及前放、多路开关与单色仪控制器、锁相放大器有机的组合在一起，构成一套实用化的成像光谱仪自动光谱定标系统，解决了单通道光谱定标、采用ISA数据采集、灵敏度的选择等问题，具有一定的实用性。

本发明是利用光源、斩波器、单色仪和平行光管产生调制的充满成像光谱仪孔径的单色光，单色光经过45°反射镜、成像光谱仪头部的光学系统会聚到探测器的灵敏单元上，输出响应经过成像光谱仪前放、多路开关与单色仪控制模块进入锁相放大器，锁相放大器的输出结果通过RS232串口传送到计算机中；对每一个光谱通道，多路开关与单色仪控制模块控制单色仪扫描相应的波长范围，得到单个通道的光谱响应曲线；前一个通道扫描完成后，多路开关与单色仪控制模块切换到下一个通道开始扫描，扫描波长起始值为上一个通道波长扫描起始值加上上一个通道的半高宽。循环进行，这样，最终得到成像光谱仪所有通道的光谱响应曲线。

附图说明：

图1是本发明的工作原理示意图；

图2是系统的结构模块框图。

具体实施方式：

下面根据图1和图2给出本发明一个较好实施例，用以说明本发明的结构特征，技术性能和功能特点，而不是用来限定本发明的范围。

系统采用模块化集成的技术构思，系统的主要技术指标如下：

●通道波长扫描范围：30nm

●波长步进间隔：1nm

●中心波长分辨率：优于1nm

●扫描速度：3分钟/通道。

系统包括如下几个部分：

1)光源