[发明专利]成像光谱仪绝对辐射定标方法

说明书

技术领域

本发明属于光学计量测试领域，涉及一种绝对辐射定标的方法，尤其涉及一种成像光谱仪高准确度绝对辐射定标的方法。

背景技术

成像光谱仪包括从近紫外到远红外各类多光谱、超光谱成像光谱仪，用来探测、识别和分辨目标及背景，是新一代“图谱合一”的先进军用光学侦察系统。成像光谱仪具有获取地球目标详细光谱景象和快速全球覆盖的能力，广泛应用于卫星遥感、空间探测等领域。此外，由于全彩色图像很难分辨伪装和假目标，利用成像光谱仪通过对目标和伪装材料不同光谱特性的探测，可以顺利地从伪装的物体中发现目标，具有很强的军用目标识别能力，因此成像光谱仪还广泛应用于伪装车辆探测、水下潜艇探测、生化战剂微粒识别以及探雷等领域。

成像光谱仪必须进行辐射定标，否则就不能对摄取的信息给出合理的解释，不能得到定量的信息。成像光谱仪的辐射定标就是将目标源的辐射特性和成像光谱仪探测到的特性一一对应起来，辐射定标分为相对辐射定标和绝对辐射定标，其中绝对辐射定标包括辐射亮度定标和辐射照度定标。目前，俄罗斯、英国、美国、日本、加拿大等国家都相继开展成像光谱仪辐射定标研究，以俄罗斯全俄物理光学研究院和英国国家物理实验室为代表，俄罗斯全俄物理光学研究院在紫外、可见及近红外波段采用积分球光源与单色仪相结合的方法、在中远红外波段采用面源黑体与滤光片相结合的方法等开展了波长范围为250nm～14μm的各类成像光谱仪的辐射亮度定标，英国国家物理实验室采用连续可调谐的激光器与积分球相结合的方法在紫外、可见及近红外波段进行成像光谱仪的辐射照度定标。

探月二期工程在我国掀起了空间探测技术的攻关和竞争，如中科院在国家“863”计划及国家攻关项目的支持下，陆续研制了多种原理的成像光谱仪，并对成像光谱仪的辐射定标开展了研究，安徽光机所以低温辐射计为最高标准，建立光学遥感仪器辐射定标传递链。国内绝对辐射定标采用的是基于光谱辐照度灯的方法，该方法是利用光谱辐照度标准灯照射一定距离上的标准白板获得标准辐亮度源，用来标定小视场光谱辐射计，再用这种光谱辐射计来标定大面积均匀辐亮度源(积分球光源)的光谱辐射亮度或光谱辐射照度，然后用积分球光源标定成像光谱仪的光谱辐亮度响应度或光谱辐照度响应度，从而实现绝对辐射定标，使用这种方法进行辐射定标的传递链过长，从而定标不确定度相对较高。例如，《光学学报》第25卷，第12期上，《空间调制干涉光谱成像仪光谱辐射度定标方法研究》一文中，采用的方法就是用光谱辐射计标定积分球光源的光谱辐射亮度，再由积分球光源实现成像光谱仪绝对辐射定标，定标不确定度为5.74％。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对目前成像光谱仪绝对辐射定标的难题，提供一种成像光谱仪高准确度绝对辐射定标的方法，利用该方法还可实现成像光谱仪响应度均匀性测量。

为解决上述技术问题，本发明提供的成像光谱仪高准确度绝对辐射定标和响应度均匀性测量的方法包括以下步骤：

第一步：搭建成像光谱仪绝对辐射定标系统

在辐射源出射方向安装成像系统对辐射源成像，在成像的位置安装分光系统中的单色仪，使得成像位置刚好处于单色仪的入射狭缝上；紧贴单色仪入口处依次安装滤光片组、斩波器和电动快门且电动快门、斩波器、滤光片组和单色仪的控制器的控制线与计算机相连；在紧贴单色仪出口的位置安装积分球，使积分球的出口刚好处于大口径平行光管的焦面上，在垂直于大口径平行光管出射面且离大口径平行光管一定距离的位置处安装一维移动平台且一维移动平台的控制线与计算机相连；在一维移动平台上通过支架安装标准辐射计和被测成像光谱仪且标准辐射计和被测成像光谱仪的信号输出线与计算机相连；其中，所述标准辐射计上安装有精密光阑，标准辐射计的光谱功率响应度直接溯源到光辐射基准低温辐射计，而精密光阑的直径采用精密测量显微镜进行标定；

第二步：调节光路

打开辐射源的电源并将电流设置在规定值，分别打开电动快门、斩波器、滤光片组和单色仪的控制器开关，调节成像系统球面反射镜的位置，使辐射源经过成像系统成像于分光系统中单色仪的入射狭缝上；调节分光系统中的电动快门、斩波器、滤光片组和单色仪的位置，使入射辐射通过分光系统的中心；调节积分球的位置，使分光系统形成的单色辐射通过积分球入口中心；调节大口径平行光管中离轴抛物面反射镜的位置，使积分球出口出射的均匀单色辐射入射到大口径平行光管中离轴抛物面反射镜的中心，从而形成定标所需的准直辐射；分别调节标准辐射计的支架和被测成像光谱仪的支架，使得标准辐射计和被测成像光谱仪的中心高度与准直辐射的中心高度一致；

第三步：计算机控制测量