适用于星载宽谱段相机的光谱定标系统技术方案

本专利公开一种适用于星载宽谱段相机的光谱定标系统，定标系统由卤素灯、单色仪、三孔通用积分球和高精度光谱仪组成。卤素灯发出的光经过单色仪分光得到单色光，单色光进入三孔通用积分球，入射光经积分球内部面反射之后从其他两个孔透出均匀的光。用高精度光谱仪测量其中一个出光口的辐射亮度，用宽谱段相机对另一个出光口成像。通过计算获得宽谱段相机的光谱响应函数。通过三孔通用积分球将光分为均匀的两路，既可以通过高精度光谱仪测量宽谱段内的辐射亮度光谱，又可以与宽谱段相机同步成像，实现两者同步测量，提高了宽谱段相机光谱定标效率和精度。

Spectral Calibration System for Spaceborne Broadband Camera

This patent discloses a spectral calibration system suitable for spaceborne wide-band cameras. The calibration system consists of halogen lamp, monochrometer, three-hole universal integrating sphere and high-precision spectrometer. The light emitted by halogen lamp passes through the monochrometer to get monochrome light. The monochrome light enters the three-hole universal integrating sphere. After the incident light is reflected by the inner surface of the integrating sphere, it emits uniform light from the other two holes. The radiation brightness of one outlet is measured with a high-precision spectrometer, and the image of the other outlet is imaged with a wide-band camera. The spectral response function of a wide-band camera is obtained by calculation. By dividing the light into two uniform paths through a three-hole universal integrating sphere, we can measure the radiance spectrum in a wide spectral band with a high-precision spectrometer, and synchronize the imaging with a wide spectral band camera, so as to achieve the synchronous measurement of the two, which improves the spectral calibration efficiency and accuracy of the wide spectral band camera.

【技术实现步骤摘要】
适用于星载宽谱段相机的光谱定标系统
本专利涉及对地观测
，具体涉及一种可实现星载宽谱段相机的高精度光谱定标系统。
技术介绍
星载宽谱段相机具有能量大、信噪比高、空间分辨率高等优点。常用于航天测绘、陆地资源勘查、生态环境监测等对地观测领域。它是遥感载荷中的重要成员。随着遥感定量化应用的需求，对于星载宽谱段相机数据的定量化也逐步增加。而宽谱段相机的高精度光谱定标和辐射定标是其定量化应用的重要保障。地物辐射进入传感器大致可概括为两个过程，(1)辐射透过传感器光学系统，并被探测器接收，该过程有一个滤波过程，通常用光谱响应函数来定量描述；(2)光电/模数转换过程，探测器接收辐射后，经过光电转换，变为电压或电流信号，经模数转换，电路输出后得到记录的DN值。辐射定标主要是将DN值与入瞳辐射亮度联系起来，将DN值转换为辐射亮度。要进行准确辐射定标就要准确地描述这两个过程。确定光谱响应函数是辐射定标的第一步。光谱定标的任务就是确定宽谱段相机各个波段的光谱响应函数。为了计算方便，一般用归一化的光谱响应函数替代光谱响应函数，这样做可以避免求解辐射定标系数。对于高光谱成像仪，单个波段所跨波长较小，可假设单色仪出射光在某一个波段所响应所有波长内不变。对于高光谱载荷来说，其光谱定标过程不需要已知所有波长的辐射亮度值。通常情况下，单色仪出射光的辐射亮度并会随波长发生较大变化。因此，在宽谱段相机中，一般采用参考标准探测器同步测量辐射亮度。常用的宽谱段相机光谱定标系统主要是利用经过波长和辐射校准的单色准直光源照明相机焦平面探测器，光经过单色仪分光之后，再经过平行光管进入相机。为提高空间分辨率，星载宽谱段相机镜头尺寸相对较大，平行光管光斑尺寸有时难以充满相机的整个视场。另外，还需要参考标准探测器成像，无形中增加了测量的复杂度。综上，采用三孔通用积分球将入射单色光调制为两路均匀单色光，用高精度光谱仪测量其中一个出光口的辐射亮度，用宽谱段相机对另一个出光口成像。既可以通过高精度光谱仪测量宽谱段内的辐射亮度光谱，又可以与宽谱段相机同步成像，实现两者同步测量，提高了宽谱段相机光谱定标效率和精度。
技术实现思路
针对现有的技术空白和缺点，本专利所要解决的技术问题是提供一种准确性好，速度快，易操作的星载宽谱段相机光谱定标系统。为了解决上述技术问题，本专利提供的一种适用于星载宽谱段相机的光谱定标系统，技术方案如下：星载宽谱段相机的光谱定标系统包括卤素灯1、单色仪2、三孔通用积分球3、高精度光谱仪4。本专利的工作原理是，卤素灯1发出的光经过单色仪2分光之后，出射光谱分辨率高于等于1nm的单色光，单色光进入三孔通用积分球3，单色光经积分球内调制之后从其他两个孔透射出均匀的光，用高精度光谱仪4测量其中一个出光口的辐射亮度，用宽谱段相机5对另一个出光口成像，分别用高精度光谱仪采集终端6和宽谱段相机采集终端7记录辐射亮度数据和成像数据(包括暗电流数据)，遍历宽谱段相机响应最小波长和最大波长之间的所有波长，采集每个波长的辐射亮度和成像数据，如此循环实现宽谱段相机所有波段的辐射亮度和成像数据采集。根据所获取的辐射亮度数据和成像数据，计算宽谱段相机的光谱响应函数，计算方法为其中，srfk(λ)为宽谱段相机第k波段波长λ的光谱响应函数值；DNk(λ)为第k波段波长λ的图像信号值；DNk(λ0,k)第k波段波长λ0,k的图像信号值；Bk为第k波段的暗电流；Lk,λ为第k波段波长λ的辐射亮度；为第k波段波长λ0,k的辐射亮度；为求最大值时的参数值；λ0,k为第k波段DNk(λ)-Bk取最大值时所对应波长；αk(λ)第k波段波长λ的比例因子。本专利的有益效果如下：用三孔通用积分球将单色光调制为两路均匀单色光，既可以通过高精度光谱仪测量宽谱段内的辐射亮度光谱，又可以与宽谱段相机同步成像，实现两者同步测量，提高了宽谱段相机光谱定标效率和精度。附图说明图1是本专利的一种适用于星载宽谱段相机的光谱定标系统的测量原理示意图。图中：卤素灯1、单色仪2、三孔通用积分球3、高精度光谱仪4、宽谱段相机5、高精度光谱仪采集终端6、宽谱段相机采集终端7。具体实施方式以下对本专利的实施例做了进一步详细描述，但本实施例并不限于本专利，凡是采用本专利的相似方法及其相似变化，均应列入本专利的保护范围。如图1所示，将图中所涉及的仪器设备安装到位，开启卤素灯1、高精度光谱仪4和宽谱段相机5，分别预热到设备最优状态。卤素灯1发出的光经过iHR550单色仪2分光之后，出射高光谱分辨率高于等于1nm的单色光，单色光进入三孔通用积分球3，单色光经积分球内调制之后从其他两个孔透射出均匀的光，用ASD高精度光谱仪4测量其中一个出光口的辐射亮度，用宽谱段相机5对另一个出光口成像，分别用高精度光谱仪采集终端6和宽谱段相机采集终端7记录辐射亮度数据和成像数据(包括暗电流数据)，遍历宽谱段相机响应最小波长和最大波长之间的所有波长，采集每个波长的辐射亮度和成像数据，如此循环实现宽谱段相机所有波段的辐射亮度和成像数据采集。根据所获取的辐射亮度数据和成像数据，计算宽谱段相机的光谱响应函数，计算方法为其中，srfk(λ)为宽谱段相机第k波段波长λ的光谱响应函数值；DNk(λ)为第k波段波长λ的图像信号值；DNk(λ0,k)第k波段波长λ0,k的图像信号值；Bk为第k波段的暗电流；Lk,λ为第k波段波长λ的辐射亮度；为第k波段波长λ0,k的辐射亮度；为求最大值时的参数值；λ0,k为第k波段DNk(λ)-Bk取最大值时所对应波长；αk(λ)第k波段波长λ的比例因子。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于星载宽谱段相机的光谱定标系统，它包括卤素灯(1)、单色仪(2)、三孔通用积分球(3)、高精度光谱仪(4)，其特征在于：卤素灯(1)发出的光经过单色仪(2)分光之后，出射光谱分辨率高于等于1nm的单色光，单色光进入三孔通用积分球(3)，单色光经积分球内调制之后从其他两个孔透射出均匀的光，用高精度光谱仪(4)测量其中一个出光口的辐射亮度，用宽谱段相机(5)对另一个出光口成像，分别用高精度光谱仪采集终端(6)和宽谱段相机采集终端(7)记录辐射亮度数据和成像数据，遍历宽谱段相机响应最小波长和最大波长之间的所有波长，采集每个波长的辐射亮度和成像数据，如此循环实现宽谱段相机所有波段的辐射亮度和成像数据采集。

【技术特征摘要】
1.一种适用于星载宽谱段相机的光谱定标系统，它包括卤素灯(1)、单色仪(2)、三孔通用积分球(3)、高精度光谱仪(4)，其特征在于：卤素灯(1)发出的光经过单色仪(2)分光之后，出射光谱分辨率高于等于1nm的单色光，单色光进入三孔通用积分球(3)，单色光经积分球内调制之后从其他两个孔透射出均匀的光，用高精度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成玉，谢锋，黄庚华，舒嵘，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海,31