[发明专利]长波红外成像光谱仪的辐射和光谱一体化定标方法

说明书

技术领域

本发明涉及地面定标技术，具体涉及长波红外成像光谱仪的辐射和光谱一体化定标方法。

背景技术

定标是光标或高光谱技术应用的一个重要环节，是指确定遥感器输出准确数值的过程，主要包括辐射定标和光谱定标；辐射定标的任务是利用辐射参考标准,建立光谱仪的数字化输出与其接收的地面景物辐亮度之间的换算关系；光谱定标就是测量光谱仪随入射辐射波长变化的响应，其主要目的是确定探测器不同光谱通道中心波长的位置和光谱分辨率；辐射定标和光谱定标是保证光谱/高光谱设备真实有效的获得地物目标信息的首要工作，是成像光谱仪定量化应用的关键。

对于红外成像光谱仪来说，辐射定标通常采用黑体来完成，光谱定标通常采用激光器实现，这两个过程相对独立，并且定标设备复杂，尤其对于外场实验来说，一定程度上增加了成像光谱仪应用的复杂度；若能在采用黑体进行辐射定标的同时，完成光谱定标，即实现辐射、光谱的一体化定标工作，将大大降低红外成像光谱仪的应用及后续数据处理的难度。

而常见的很多塑料薄膜中存在的特殊基团，其分子结构一般会对应有物质的红外特征吸收峰位置数目、相对强度和形状(峰宽)等参数，可以用来进行光谱定标；聚丙烯材料由于[CH₂CH(CH₃)]_n化学键的存在，在973cm^-1、998cm^-1和1167cm^-1处呈现特征吸收峰，并且这三处特征吸收峰性能稳定，不受高温、潮湿、强光等恶劣条件的影响，在采用黑体对长波红外成像光谱仪进行辐射定标的同时，将聚丙烯材料覆盖在黑体上，观测特征吸收峰的位置及数目，即可实现长波红外成像光谱仪的光谱定标。

发明内容

本发明的目的是提供长波红外成像光谱仪的辐射和光谱一体化定标方法，采用黑体和聚丙烯材料对傅里叶变换式长波红外成像光谱仪进行辐射和光谱一体化定标，以满足长波红外成像光谱仪的定标需求。

本发明通过以下技术方案实现：长波红外成像光谱仪的辐射和光谱一体化定标方法，采用黑体和聚丙烯薄膜对傅里叶变换式长波红外成像光谱仪进行辐射和光谱一体化定标。

长波红外成像光谱仪辐射和光谱一体化定标方法步骤如下：

步骤a)将黑体辐射面贴近到长波红外成像光谱仪入瞳口；

步骤b)采集若干组温度下黑体以及将聚丙烯薄膜覆盖在黑体表面的干涉数据；

步骤c)对步骤b取得的干涉数据分别进行傅里叶变换，得到若干组温度下黑体和聚丙烯薄膜的测量光谱数据；

步骤d)提取步骤c得到的黑体测量光谱数据，采用两点定标法求取长波红外成像光谱仪的辐射增益G(σ)和辐射偏置O(σ)，得到长波红外成像光谱仪的响应函数M(σ)，实现长波红外成像光谱仪的辐射定标；

步骤e)对同一温度下聚丙烯薄膜以及黑体光谱数据求差值，得到聚丙烯薄膜的特征吸收峰位置坐标；

步骤f)通过光谱定标原理计算特征吸收峰位置坐标在长波红外波段范围内对应的光谱位置，并与聚丙烯材料的标准谱线进行比较，实现成像光谱仪的光谱定标。

作为优选，所述长波红外成像光谱仪的波长范围为8到11μm，即波数范围909cm^-1-1250cm^-1，光谱分辨率在0.25cm^-1以下；所述黑体为面源黑体，其辐射面尺寸为8cm×8cm、最高温度100℃、发射率0.96。

作为优选，所述步骤d中确定长波红外成像光谱仪的辐射增益G(σ)和辐射偏置O(σ)的过程即为辐射定标的过程，其响应函数M(σ)＝辐射增益G(σ)*入射光谱辐射亮度L(σ，T)+辐射偏置O(σ)；在正常状态下长波红外成像光谱仪输入与输出之间的线性响应关系即为长波红外成像光谱仪的响应函数，其公式为：M(σ)＝G(σ)*L(σ，T)+O(σ)。