一种光栅光谱仪像质测量方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高精度光栅光谱仪像质测量方法和装置，其中所述装置包括：一个经过积分球匀化的单色光源，一个带有狭缝靶标的平行光管，一个被测成像光谱仪和一个数据处理系统。狭缝靶标由微动位移台控制可沿垂直于被测光谱仪狭缝方向平移，被测光谱仪可接收该单色光源经过狭缝靶标的信号。通过分析计算光谱仪上某一组像元光强变化和狭缝移动量的关系得到光谱仪的线扩散函数，去除狭缝靶标宽度对测试结果的影响，经过傅里叶变换解算出系统光谱方向的MTF。通过将物狭缝旋转90度扫描，可以测试空间方向的MTF。此种方法解决了成像光谱仪光谱方向的传递函数无法测试的问题，实现了成像光谱仪像质的精确测试。

A Method and Device for Measuring Image Quality of Grating Spectrometer

The invention discloses a method and device for measuring the image quality of a high precision grating spectrometer. The device comprises a monochrome light source homogenized by an integrating sphere, a collimator with a slit target, an imaging spectrometer under test and a data processing system. The slit target is controlled by a micro-displacement table and can move along the direction perpendicular to the slit of the spectrometer under test. The spectrometer under test can receive the signal of the monochrome light source passing through the slit target. The linear diffusion function of the spectrometer is obtained by analyzing and calculating the relationship between the intensity change of a group of pixels on the spectrometer and the slit movement. The influence of the slit target width on the test results is removed, and the MTF of the spectral direction of the system is calculated by Fourier transform. The MTF in spatial direction can be measured by rotating the slit 90 degrees. This method solves the problem that the transfer function of the spectral direction of the imaging spectrometer can not be measured, and realizes the accurate measurement of the image quality of the imaging spectrometer.

【技术实现步骤摘要】
一种光栅光谱仪像质测量方法和装置
本专利技术属于光学
，尤其涉及一种光栅光谱仪像质测量方法和装置。
技术介绍
随着光学遥感技术的发展，光谱测量技术在物质成分分析，环境监测，地质测量和军事侦察等方面得到了应用和发展，尤其是星载或机载光谱成像仪在空间探测方面得到了广泛的应用，成像光谱仪能够同时获取目标的二维空间图像和一维光谱信息，既能直观反映被测目标的几何形貌，又能提供目标的理化属性，是一种图谱结合的探测手段。上个世纪八十年代以来，光谱成像技术开始被广泛应用于航天航空遥感成像，通过飞行器搭载，在矿产与石油资源探测、水质及大气污染监测、精准农业和林业等领域取得了瞩目成就。获得了越来越广泛的研究与运用。成像光谱仪在星载或机载空间探测应用方面，在满足光谱分辨率要求的基础上，还要求光谱维和空间维两维方向上的空间分辨，因此要求系统装调测试过程中，能对两维的空间分辨率进行精确测试。对于传统的成像系统，测试传递函数的方法为对比度法，如图1所示，由矩形靶标产生亮暗条纹，经平行光管出射，由被测成像系统接收,通过数据处理系统分析得到的亮暗条纹的对比度实现光学传递函数测试。对于成像光谱仪，空间方向传递函数测试可以采用此种方法，光谱方向受到狭缝的限制，狭缝宽度和探测器像元大小相当，矩形靶标的亮暗条纹只能有一个亮线或暗线通过，导致光谱方向的传递函数无法测试。对于其他的测试方法如刃边法，也由于成像光谱仪狭缝的限制，无法形成有效的边缘扩展函数无法应用于成像光谱仪光谱方向的光学传递函数测试。目前成像光谱仪光谱方向无有效测试方法，一般采用空间方向的光学传递函数预估光谱方向的光学传递函数，并结合光谱方向的光谱分辨率综合判定光谱方向的光学传递函数。而成像光谱仪的光学传递函数是一项重要指标，直接影响系统的空间分辨率，对仪器能否达到识别目标的目的至关重要，因此需要一种高精度成像光谱仪像质的测量方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光栅光谱仪像质测量方法和装置，克服了成像光谱仪狭缝的限制，实现了对光谱仪的高精度像质检测。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种光栅光谱仪像质测量装置，包括：单色光源、平行光管、狭缝靶标、微动位移台、成像光谱仪和数据采集系统；其中，所述单色光源发出均匀单色光，然后照射在狭缝靶标上，狭缝靶标固定在微动位移台上，狭缝靶标位于平行光管的焦平面上，经过狭缝靶标发出的光经平行光管准直后照射在成像光谱仪上形成光斑，并传输给数据采集系统，数据采集系统分析得到光斑的强度分布；所述微动位移台带动所述狭缝靶标沿垂直于所述成像光谱仪的方向移动，所述数据采集系统自动记录所述成像光谱仪的特定像元上的光强变化，并根据移动量和相对应的像元强度变化之间的对应关系，拟合得到线扩散函数，通过傅立叶变换解算出光学传递函数。上述光栅光谱仪像质测量装置中，所述成像光谱仪包括聚焦镜、成像镜、狭缝和面阵探测器；其中，经过狭缝靶标发出的光经过聚焦镜聚焦后通过狭缝，并经过成成像镜形成光斑成像在面阵探测器上。上述光栅光谱仪像质测量装置中，所述单色光源包括谱线灯和积分球。上述光栅光谱仪像质测量装置中，均匀单色光的光谱带宽小于成像光谱仪光谱带宽的1/10。上述光栅光谱仪像质测量装置中，所述微动位移台每次移动量为狭缝靶标宽度的1/30～1/60。上述光栅光谱仪像质测量装置中，所述微动位移台带动所述狭缝靶标沿垂直于所述成像光谱仪的方向移动，所述数据采集系统自动记录所述成像光谱仪的特定像元上的光强变化，并根据移动量和相对应的像元强度变化之间的对应关系，拟合得到线扩散函数，通过傅立叶变换解算出光学传递函数包括：微动位移台控制狭缝靶标沿垂直于狭缝方向向下扫描，其中，扫描步长为Δx；当面阵探测器上的狭缝靶标的像从狭缝的上端移动到下端的过程中，面阵探测器上的第一像元、第二像元和第三像元上均得到一组光强值，第一像元、第二像元和第三像元每个像元均得到相对应的光强随位移量的变化曲线；将三个像元上的光强随位移量的变化曲线转化到同一个坐标系下得到一个光强随位移量的变化曲线，由这一个光强随位移量的变化曲线得到线扩散函数，通过傅立叶变换解算出光学传递函数。上述光栅光谱仪像质测量装置中，扫描步长为Δx＝D/m×τ，其中，m为30～60的整数，τ＝f1/f2，τ为放大率，f1为平行光管的焦距，f2为成像光谱仪的焦距。一种光栅光谱仪像质测量方法，所述方法包括如下步骤：微动位移台控制狭缝靶标沿垂直于狭缝方向向下扫描，其中，扫描步长为Δx；当面阵探测器上的狭缝靶标的像从狭缝的上端移动到下端的过程中，面阵探测器上的第一像元、第二像元和第三像元上均得到一组光强值，第一像元、第二像元和第三像元每个像元均得到相对应的光强随位移量的变化曲线；将三个像元上的光强随位移量的变化曲线转化到同一个坐标系下得到一个光强随位移量的变化曲线，由这一个光强随位移量的变化曲线得到线扩散函数，通过傅立叶变换解算出光学传递函数。上述光栅光谱仪像质测量方法中，扫描步长为Δx＝D/m×τ，其中，m为30～60的整数，τ＝f1/f2，τ为放大率，f1为平行光管的焦距，f2为成像光谱仪的焦距。上述光栅光谱仪像质测量方法中，傅立叶变换公式为：其中，LSF(x)为线扩散函数，x为像元方向的坐标值，u为不同线对数的对比度值。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：本专利技术的狭缝靶标由微动位移台控制可沿垂直于被测光谱仪狭缝方向平移，通过分析一组像元和移动量对应关系得到被测系统的线扩散函数，通过实时数据采集和分析系统计算得到光谱方向传递函数。通过将物狭缝旋转90度扫描，可以测试空间方向的MTF，解决了成像光谱仪光谱方向的传递函数无法测试的问题，实现了成像光谱仪像质的精确测试。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术实施例提供的成像相机的光学传递函数测试方法的原理示意图；图2是本专利技术实施例提供的光栅光谱仪像质测量装置的示意图；图3是本专利技术实施例提供的成像光谱仪光学传递函数的数据处理原理示意图；其中，图3(a)为狭缝靶标的像302刚进入探测器像元32时，探测器像元31,32和33上的能量分布原理图；图3(b)为狭缝靶标的像302进入探测器像元32中间时，探测器像元31,32和33上的能量分布原理图；图3(c)为狭缝靶标的像302将要移出探测器像元32时，探测器像元31,32和33上的能量分布原理图；图4是本专利技术实施例提供的成像光谱仪光学传递函数的数据处理原理示意图；其中，图4(a)为像元31上的光强311随狭缝移动的能量分布图；图4(b)为像元32上的光强311随狭缝移动移动的能量分布图；图4(c)为像元33上的光强311随狭缝移动移动的能量分布图；图4(d)为归一化后的被测仪器的线扩散函数；图4(e)为经线扩散函数傅里叶变换解算的被测仪器的光学传递函数曲线；图5是本专利技术实施例提供的成像光谱仪光学传递函数的数据处理原理示意图，其中，图5(a)为狭缝靶标像未到达像元42时，光斑和像元的位置关系示意图；图5(b)为狭缝靶标像进入像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光栅光谱仪像质测量装置，其特征在于包括：单色光源(21)、平行光管(22)、狭缝靶标(221)、微动位移台(222)、成像光谱仪(23)和数据采集系统(24)；其中，所述单色光源(21)发出均匀单色光，然后照射在狭缝靶标(221)上，狭缝靶标(221)固定在微动位移台(222)上，狭缝靶标(221)位于平行光管(22)的焦平面上，经过狭缝靶标(221)发出的光经平行光管(22)准直后照射在成像光谱仪(23)上形成光斑，并传输给数据采集系统(24)，数据采集系统(24)分析得到光斑的强度分布；所述微动位移台(222)带动所述狭缝靶标(221)沿垂直于所述成像光谱仪(23)的方向移动，所述数据采集系统(24)自动记录所述成像光谱仪(23)的特定像元上的光强变化，并根据移动量和相对应的像元强度变化之间的对应关系，拟合得到线扩散函数，通过傅立叶变换解算出光学传递函数。

【技术特征摘要】
1.一种光栅光谱仪像质测量装置，其特征在于包括：单色光源(21)、平行光管(22)、狭缝靶标(221)、微动位移台(222)、成像光谱仪(23)和数据采集系统(24)；其中，所述单色光源(21)发出均匀单色光，然后照射在狭缝靶标(221)上，狭缝靶标(221)固定在微动位移台(222)上，狭缝靶标(221)位于平行光管(22)的焦平面上，经过狭缝靶标(221)发出的光经平行光管(22)准直后照射在成像光谱仪(23)上形成光斑，并传输给数据采集系统(24)，数据采集系统(24)分析得到光斑的强度分布；所述微动位移台(222)带动所述狭缝靶标(221)沿垂直于所述成像光谱仪(23)的方向移动，所述数据采集系统(24)自动记录所述成像光谱仪(23)的特定像元上的光强变化，并根据移动量和相对应的像元强度变化之间的对应关系，拟合得到线扩散函数，通过傅立叶变换解算出光学传递函数。2.根据权利要求1所述的光栅光谱仪像质测量装置，其特征在于：所述成像光谱仪(23)包括聚焦镜(232)、成像镜(233)、狭缝(231)和面阵探测器(234)；其中，经过狭缝靶标(221)发出的光经过聚焦镜(232)聚焦后通过狭缝(231)，并经过成成像镜(233)形成光斑成像在面阵探测器(234)上。3.根据权利要求1所述的光栅光谱仪像质测量装置，其特征在于：所述单色光源(21)包括谱线灯和积分球。4.根据权利要求3所述的光栅光谱仪像质测量装置，其特征在于：均匀单色光的光谱带宽小于成像光谱仪(23)光谱带宽的1/10。5.根据权利要求1所述的光栅光谱仪像质测量装置，其特征在于：所述微动位移台(222)每次移动量为狭缝靶标(221)宽度的1/30～1/60。6.根据权利要求1所述的光栅光谱仪像质测量装置，其特征在于：所述微动位移台(222)带动所述狭缝靶标(221)沿垂直于所述成像光谱仪(23)的方向移动，所述数据采集系统(24)自动记录所述成像光谱仪(23)的特定像元上的光强变化，并根据移动量和相对应的像元强度变化之间的对应关系，拟合得到线扩散函数，通过傅立叶变换解...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜国军，王春雨，董欣，张超，范龙飞，贾馨，欧宗耀，崔程光，张志飞，陆玉婷，陈宗，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11