一种CCD成像光谱仪图像校正方法技术

本发明专利技术公开了一种CCD成像光谱仪图像校正方法，通过建立CCD成像光谱仪前向数据模型将CCD成像过程中的偏差和噪声公式化，作为后期光谱图像数据校正流程的反向步骤。在光谱成像建模的过程中，需要使用实验室定标的相应参数。首先，加入暗电流温度校正因子对光谱图像暗电流进行修正，根据成像模型对空间维暗电流不一致进行校正。其次，根据帧转移时间和曝光时间将信号以电荷数为标准计算smear信号的大小。最后通过均匀光辐射对CCD像元响应非均匀性进行校正。使用本发明专利技术所述方法可以有效去除CCD成像过程中的偏差及噪声，提高后期数据反演的准确度。

An Image Correction Method for CCD Imaging Spectrometer

The invention discloses an image correction method for a CCD imaging spectrometer. By establishing a forward data model of the CCD imaging spectrometer, the deviation and noise in the imaging process of the CCD are formulated as a reverse step of the later spectral image data correction process. In the process of spectral imaging modeling, the corresponding parameters of laboratory calibration need to be used. Firstly, the dark current of spectral image is corrected by adding the dark current temperature correction factor, and the inconsistency of spatial dark current is corrected according to the imaging model. Secondly, according to the frame transfer time and exposure time, the size of smear signal is calculated according to the charge number of the signal. Finally, uniform light radiation is used to correct the nonuniformity of the response of CCD pixels. The method of the invention can effectively remove the deviation and noise in the process of CCD imaging and improve the accuracy of later data inversion.

【技术实现步骤摘要】
一种CCD成像光谱仪图像校正方法
本专利技术涉及环大气环境探测领域，具体为一种CCD成像光谱仪图像校正方法。
技术介绍
大气痕量气体能够直接或间接参与地球大气物理、化学循环，所产生的二次污染物可能对大气及生态环境造成恶劣影响，例如形成光化学烟雾、破坏臭氧层和发生酸雨等重大环境污染问题。光学遥感技术作为一种先进的环境污染信息探测手段，以其动态观测、大面积同步观测等独特优势得到日益广泛的应用。差分吸收光谱技术(DOAS，differentialopticalabsorptionspectroscopy)是基于光吸收的比尔-朗伯定律，利用大气痕量气体成分在紫外到可见光波段的“指纹”吸收特性来进行定性判别和定量反演的。这种方法的主要优势在于：可以利用自然光源(被动DOAS，如太阳散射光)进行非接触式测量，从而有效地避免了误差源的影响；可以同时监测多种大气痕量气体的浓度分布及其变化过程，如(NOx，SO2，O3，BrO，HNO2等)；具有较高的探测灵敏度，一般可达ppt量级，能够有效消除集中污染源对测量结果的干扰。面阵CCD光谱仪可以通过扫描记录某一区域内的光谱信息，既包括光谱维和空间维信息。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CCD成像光谱仪图像校正方法，其特征在于：所述图像校正方法是指针对CCD在成像过程中产生的除有用光信号之外的多余信号，包括3个方面：暗电流校正、smear效应校正和PRNU校正，具体的步骤如下：第一步，CCD暗电流校正，具体实施如下：步骤(1)、假设在单幅光谱成像过程中暗电流产生率fdc(t)不变，CCD成像区曝光时间te内产生暗电流可表示为te·fdc(t)，在帧转移过程中，CCD每一行在成像区停留的时间不等，导致暗电流产生差异，与smear效应类似，第一行像元经过一次行转移到达存储区，而第r行则须经过r次行转移到达存储区，则每行产生的暗电流可表示为tft·r·fdc(t)/N，其中...

【技术特征摘要】
1.一种CCD成像光谱仪图像校正方法，其特征在于：所述图像校正方法是指针对CCD在成像过程中产生的除有用光信号之外的多余信号，包括3个方面：暗电流校正、smear效应校正和PRNU校正，具体的步骤如下：第一步，CCD暗电流校正，具体实施如下：步骤(1)、假设在单幅光谱成像过程中暗电流产生率fdc(t)不变，CCD成像区曝光时间te内产生暗电流可表示为te·fdc(t)，在帧转移过程中，CCD每一行在成像区停留的时间不等，导致暗电流产生差异，与smear效应类似，第一行像元经过一次行转移到达存储区，而第r行则须经过r次行转移到达存储区，则每行产生的暗电流可表示为tft·r·fdc(t)/N，其中tft为帧转移时间，N为CCD成像区总行数，EMI紫外通道CCD47-20总行数为1024，可见通道CCD55-30总行数为576，转移到存储区的信号电荷包通过读出寄存器读出，第一行靠近读出节点的像元首先读出，其他像元一次按照设定速率顺序读出，读出速率限制电荷包在存储区驻留时间，如最大读出率5MHz，即读出一个像元用时200ns秒，则第一个像元比整个像面最后一个像元早读出1024×1024×200ns≈0.2s，以此可计算出每个像元在存储区驻留时间ts，产生暗电为fdc(t)·ts，综上所述，CCD成像区和存储区总暗电流可表示为：其中，g为温度影响因子，含义为探测器实际温度暗电流T与参考温度Tref下暗电流的比值，根据E2V公司官方数据手册暗电流公式并进行相应转换，可得到：令参考温度Tref＝293K，可得到不同温度下校正系数，将原始数据去除暗电流信号DNdc(T)可实现暗电流校正；步骤(2)、假设在温度T下CCD探测器的暗电流大小为f(T)，其单位为e-/s，行转移时间为τ实际读出的暗背景DN响应信号为S，则在积分时间I内第n行像元产生的暗背景信号可表示为：将上式(3)改写成矩阵形式，可表示为：上式(4)中，第一项为CCD成像区有效积分时间内产生的暗电流信号，第二项为帧转移过程中产生的暗电流信号，需要说明的是，暗背景测量过程中EMI载荷入射狭缝处于遮挡状态，不会产生光响应信号，测量得到的图像为暗背景DN响应值，根据CCD探测器暗电流的温度特性，在相同温度的暗电流水平基本保持一致，可表示为：f1(T)＝f2(T)＝…＝fn(T)＝f(T)(5)将上式(4)可改写为：CCD探测器的暗电流大小实际值f(T)可通过上式计算得出，再乘以积分时间即可实现空间维方向暗电流校正；第二步，根据CCD探测器成像过程中smear效应的产生机理进行校正，具体实施如下：由于smear效应对于空间维方向的像元列是相互独立的，而每行(光谱维)像元smear信号累积时间是相同的，所以只需对按像元列进行分析，CCD探测器的成像过程是光电效应产生光生电荷的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泉，黄书华，赵欣，周海金，赵敏杰，常振，邱晓晗，司福祺，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34