[发明专利]近紫外到近红外光谱辐射计及其定标方法以及测量积分球光源光谱辐射亮度的方法

说明书

本发明提出一种近紫外到近红外光谱辐射计及其定标方法以及测量积分球光源光谱辐射亮度的方法，光谱辐射计采用小视场设计，视场与光谱辐射亮度标准灯钨带相匹配，有效扣除背景对标定结果的影响，使积分球光源与光谱辐射亮度标准灯具有完全相同的测量视场，可以在测量视场、波长范围、波长分辨率相同条件下实现光谱辐射亮度标准灯对积分球光源光谱辐射亮度的标定，提高标定准确度。本发明中CCD瞄准系统带有圆孔的金属反射镜与入射光束成450，由金属反射镜正面反射光进入瞄准系统，微调光学系统焦距，使圆孔在CCD上形成黑点对准被测光源在CCD上所成像中心，完成光谱辐射计测量被测光源的测试光路调节。同时，圆孔起限制光阑作用，能够消除杂散光，提高光谱辐射计信噪比。

技术领域

本发明属于光学计量测试领域，涉及一种近紫外到近红外光谱辐射计及其定标方法，尤其涉及一种用于测量积分球光源光谱辐射亮度的近紫外到近红外光谱辐射计及其定标方法。

背景技术

随着空间遥感技术的发展，紫外、可见、红外遥感在大气物理、环境科学、气象学、目标/背景信息等方面有重要应用。在大气环境监测领域，空间遥感光谱辐射计有着不可替代的作用，随着对大气环境监测日益增长的精度需要，对光谱辐射计的定标精度也提出了非同一般的要求。

光谱辐射计包括从紫外到远红外的各类光谱辐射计，光谱辐射计必须进行辐射定标，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。如德国JETI公司研制的Specbos 1201型可见光波段的光谱辐射计用于光源光谱辐射亮度、色温及色坐标等参数的测量，美国BWTEK公司研制的背照式CCD阵列光谱辐射计用于光源紫外到近红外波段光谱辐射亮度测量。光谱辐射计必须进行辐射定标，否则就不能对摄取的光源信息给出合理的解释，不能得到定量的信息。

传统的光谱辐射计定标方法是利用光谱辐照度标准灯和标准漫反射板产生可知亮度的大面积光源对光谱辐射计直接进行标定。这一技术的产生可以追溯到20世纪60年代末，当时漫反射板的涂料是BaSO₄，该涂料双向反射分布函数值长期稳定性较差，漫反射比随时间会降低。从20世纪80年代中期到晚期，美国标准技术研究院(NIST)将漫反射板的材料换成双向反射分布函数值极稳定的spectralon。在300nm～400nm的紫外波段，光谱辐射计辐亮度定标的精度一直徘徊在较低的水平，测量不确定度最大为7.4％，这主要是由于辐照度标准灯在该波段的不确定度较大和漫反射板双向反射分布函数的测量不确定度较大所致。近年来有人提出了基于内部照明的积分球的光谱辐亮度定标技术，由于抵消了漫反射板的作用，精度得到了较大的提高，在紫外波段测量不确定度最大为6％。例如，《中国激光》第33卷，第4期上，题为“空间紫外遥感光谱辐射计光谱辐亮度定标三种方法的比较”的论文对标准漫反射板法和积分球法进行了介绍和比较。以上两种方法测量不确定度均较大，无法满足积分球光源光谱辐射亮度测量不确定度优于5％的高准确度测量要求。

发明内容

针对目前积分球光源光谱辐射亮度的高准确度测量难题，本发明提出了一种测量精度高的近紫外到近红外光谱辐射计及其定标方法以及测量积分球光源光谱辐射亮度的方法。

所述一种近紫外到近红外光谱辐射计，其特征在于：包括依次放置的光学系统、电动快门、CCD瞄准系统、视场光阑、分光系统、成像系统、近紫外到近红外探测器和信号采集处理与控制系统；

所述光学系统将被测光源成1:1的实像于视场光阑处；

所述电动快门用于扣除背景辐射，电动快门控制器与所述信号采集处理与控制系统电信号相连；

所述CCD瞄准系统由中心带有圆孔的金属反射镜以及CCD组成；光学系统的会聚光束通过金属反射镜的圆孔到达视场光阑；由金属反射镜正面反射的来自光学系统的会聚光进入CCD；通过微调光学系统焦距，能够使金属反射镜的圆孔在CCD上形成清晰的黑点图像对准被测光源在CCD上所成像的中心，从而完成近紫外到近红外光谱辐射计测量被测光源的测试光路的调节；CCD的输出信号线与所述信号采集处理与控制系统电信号相连；