[发明专利]一种成像光谱仪波段PRNU特性校正方法、系统及设备

说明书

本发明的一种成像光谱仪波段PRNU校正方法、系统及设备，针对现有方法要么无法进行谱段相关的PRNU校正、要么无法获取理想校正光源的问题，本发明通过计算光源高斯光束光强分布参数，获取成像光斑光强二维分布模型，并将其作为校正光源进行PRNU校正，提升了光源的精确性、避免了光源引入的校正误差，提升PRNU校正的可靠性；发明中针对成像光谱仪的光谱偏移现象，设计了与之匹配的校正方法，可提升PRNU校正的准确性。

技术领域

本发明涉及成像光谱仪波段PRNU特性技术领域，具体涉及一种成像光谱仪波段PRNU特性校正方法、系统及设备。

背景技术

为满足星载光谱仪成像的高精度和高信噪比，科学级面阵CCD成为光谱仪首选的光电探测器件。但科学级CCD一般成像尺寸很大，像元电荷储势阱较深，因此在成像过程中容易造成像元响应的非均匀性PRNU效应，对弱光谱信号反演精度影响较大。由于半导体工艺等原因，CCD的PRNU无法根本消除，但是由于这是一种相对稳定的噪声，因此可以通过实验定标获取校正参数实现PRNU的校正。

在高光谱领域，使用CCD作为探测器获取光谱维和空间维信息。以每行CCD获取光谱信息为例，不同行则获取的是不同空间维点的光谱信息。每行光谱信息包含的是该空间维点在不同波长谱段上的能量大小。在可见光区域，CCD的PRNU效应受波长影响较弱，目前通用的校正方法是平场光源校正法，即使用积分球或漫反射板作为平场光源照射CCD焦面，再对获取的图像数据进行处理得出校正系数。这是一种波段无关的PRNU校正方法，不能反映成像光谱仪不同波段的PRNU特性，尤CCD在紫外波段的PRNU较为明显，对于包含紫外波段的成像光谱仪这一方法更显局限性。另，由于积分球和漫反射板均不是理想平场，二者都会引入额外的光学结构，从而影响校正准确性。

在紫外光波段，CCD的PRNU效应对波长较为敏感，使得CCD不同波长谱段的PRNU参数变化较大，因此需要对不同波段进PRNU校正。平场光源校验法无法在CCD特定行或列进行特定紫外谱段校正。

目前通用的PRNU校正方法是平场校正法，即使用积分球或漫反射板作为平场光源照射CCD焦面，再对获取的图像数据进行处理得出校正系数。由于积分球和漫反射板均不是理想平场，二者都会引入额外的光学结构，从而影响校正准确性，且无法针对特定区域进行特定紫外谱段校正。

即，平场校正法：

1)，因为引入光源结构(噪声)在准确性方面不足

2)，无法针对不同波长谱段进行PRNU校正

为实现成像光谱仪的PRNU校正，需要针对不同波段进行PRNU校正。为此可使用不同波段的光源使用平场校正法。但是通常成像光谱仪有上千条光谱，即需要上千个波段的光源用作积分球或反射板的光源，这一方法过于复杂缺乏实用性，且光源制作成本过大。

作者赵敏杰的一篇“星载痕量气体差分吸收光谱仪非均匀性校正研究”一文中的方法：使用积分球作为平场光源照射光谱仪设备，获取两次不同光强下的光谱图像，进行光谱弯曲校正后针对每列像元做PRNU校正。这一方法将积分球光源和光谱仪本身作为CCD的校正光源，直接在CCD上产生光谱图像，再对光谱图像的空间维进行PRNU校正。这一方法仍是基于积分球光源为理性平场，因此同样会引入额外光源结构。另外由于光谱仪结构复杂，在成像过程中会产生光谱偏移现象，虽然该方法进行了光谱偏移校正，但是由于按每列进行PRNU校正，光谱偏移的校正误差会直接影响PRNU校正结果，造成校正结果的不稳定性。且该方法必须在光谱仪设计、装调完成后才能进行PRNU校正，而PRNU作为CCD的参数需在项目研发前期进行，因此该方法会受到研发周期的限制。