[发明专利]一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱仪定标技术领域，尤其涉及一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标方法。

背景技术

成像光谱技术是一种将成像技术与光谱技术相结合的新型遥感技术，可同时实现目标的空间信息与光谱信息的获取。近年来，成像光谱技术已经成为对地观测和深空探测的重要手段，涌现出的各种成像光谱系统广泛应用于农牧林生产、矿产资源勘探、海洋遥感、军事侦察等领域。

推扫色散型成像光谱仪是一种较为常见的成像光谱系统，其原理简洁、性能稳定、技术发展较为成熟并且取得了很好的应用效果。在结构上均含有狭缝，入射的复色光被聚焦在狭缝上，棱镜或光栅等色散元件将其色散分成不同波长，并且在面阵探测器上成像，由探测器测量每一个谱元的强度。狭缝限定了垂直运动轨迹方向的长度，仪器在垂直于狭缝的方向上运动产生第二维空间数据信息。

在成像光谱仪投入使用之前，需要进行绝对辐射定标，其目的是根据探测器的响应特征，建立成像光谱系统的响应输出量值与入瞳处所接收的辐射量值之间的对应关系。对于推扫色散型成像光谱仪，绝对辐射定标的前提是完成光谱定标工作，这是由于绝对辐射定标工作中将必然使用到某些光谱定标工作所得到的数据，例如探测器每个像元的光谱响应中心波长和响应带宽等。因此，光谱定标的精度将直接影响绝对辐射定标的精度，而光谱定标的精度与成像光谱系统的光机结构稳定性有着紧密联系，长期的重力作用、温湿度的改变、仪器搬运引起的震动、仪器的拆卸和重新安装等都会改变系统的结构，从而间接影响成像光谱仪的绝对辐射定标精度。为了保证探测精度，需要不定期地对仪器进行重复定标，而现有定标技术通常需要耗费大量时间。

目前，常用的如下两种定标方法：

1)采用产生均匀单色光的方法，即在紫外、可见及近红外波段采用单色仪与积分球结合或可调谐激光器与积分球结合的方式，在中远红外采用面源黑体与滤光片相结合的方法实现，虽采用装置不同，但原理类似。然而，由于推扫色散型成像光谱仪光路中含有分光系统，当输入光为单色光时，探测器上只有数行像元对其有响应，在图像上体现为一条白线；因而，成像光谱仪和光谱辐射度计对每个单色光所采集的数据，只可完成探测器上对此光有响应的数行像元的绝对辐射定标，若要完成所有像元的绝对辐射定标，需要多次改变单色仪波长进行数据采集和处理。这种方法耗时多、效率低，不适用于需要经常定标的色散型成像光谱系统。

2)使用复色光源配合大积分球的方法。使用经过计量机构标定过的标准辐射度计标定积分球，然后使用积分球标定成像光谱仪，此装置中配合积分球使用的复色光源一般由钨灯提供。由于装置中使用复色光源，此时仪器的输出将是一条明暗不均匀的条带，条带宽度将覆盖探测器的大部分像元，其明暗特征将与输入光源的光谱特征相关。然而，该方法中使用的钨灯在短波波段辐亮度较低，且为了防止长波过曝光而损伤探测器，光源的整体亮度不能无限增加，这样导致短波波段的定标光源难以达到较高亮度等级，定标精度将难以保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标方法，可大大提高推扫色散型成像光谱仪的定标效率，并确保了绝对辐射定标的精度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种推扫色散型成像光谱仪的快速绝对辐射定标方法，该方法包括：

通过调整光源中钨灯氙灯的亮度的比例，再利用成像光谱仪来获得K组组合光源及其对应的测试信号DN_c(i,j,k)，并与暗噪声DN₀(i,j)相减，获得每一组组合光源的响应信号值DN(i,j,k)，再利用标准光谱辐射度计获得每一组组合光源的光谱辐亮度值W(λ,k)；其中，i表示像元所在行序数，j表示像元所在列序数，λ表示波长，k＝1,2,3,...,K；

对于每一像元(i,j)，查找K组组合光源的响应信号值中最高的一组DN(i,j,m)及其对应的光谱辐亮度值W(λ,m)；根据所述光谱辐亮度值W(λ,m)，利用线性插值法计算像元(i,j)的光谱响应中心波长λ(i,j)对应的辐亮度值W(λ(i,j),m)，来作为像元(i,j)接收的标准辐射量值；

将所述像元(i,j)接收的标准辐射量值W(λ(i,j),m)与响应信号值DN(i,j,m)相除获得像元(i,j)的绝对辐射定标系数c(i,j)。