变色温积分球光源下宽波段大动态范围辐射定标方法技术

本发明专利技术公开了一种变色温积分球光源下宽波段大动态范围辐射定标方法，该方法步骤如下：1)确认定标试验环境,完成设备布局和参数调试；2)根据积分球光源动态范围，利用标准辐射计测量其光源不同量级下的光谱辐亮度，完成积分球辐射标定；3)基于光学遥感器的光谱响应函数，建立不同定标能级的色温光谱到积分球全开时色温光谱的转换关系；4)根据光学遥感器动态范围设定积分球定标能级，记录不同能级下标准探测器输出值和光学遥感器输出计数值；5)根据不同能级的等效光谱辐亮度和标准探测器输出值之间关系，采用插值法计算标准探测器输出值对应等效光谱辐亮度，获取光学遥感器定标系数及性能参数，完成光学遥感器辐射定标。完成光学遥感器辐射定标。完成光学遥感器辐射定标。

【技术实现步骤摘要】
变色温积分球光源下宽波段大动态范围辐射定标方法


[0001]本专利技术涉及光学仪器辐射定标
，特别是涉及一种变色温积分球光源下宽波段大动态范围辐射定标方法。

技术介绍

[0002]随着空间遥感产品的定量化应用要求的不断提高，空间遥感器的高精度定标日益显现其重要性和必要性。卫星数据的定标准确性直接影响反演参数的精度和其它相关研究的可靠性，制约了卫星数据全球定量应用的深度和广度。目前，辐射定标阶段按照发射前定标、在轨替代定标和在轨星上定标三大类进行划分，实验室定标作为遥感器定标中最易实现、定标精度最高定标方式，是空间遥感器发射之前的一项重要工作，为遥感器的在轨定标提供了初始的参考，利用其实验室条件模拟仪器在轨工作环境，具有严格的质量体系来保证定标过程控制，并使其可溯源至国际单位标准量值。
[0003]目前仪器的辐亮度定标方法主要包括积分球法和标准灯
‑
漫反板法，由于空间遥感器的口径、视场以及能级的定标需求，实验室通常采用稳定性、面均匀性及角度均匀性较优的积分球光源系统进行空间遥感器辐射定标试验。为了实现大动态范围或低照度下仪器的辐亮度定标，定标光源一般采用等色温变化的级联积分球光源，例如，一种微光相机辐射定标方法(专利CN106840198A)。针对其他类型的积分球光源，灯源数量及可变光阑调节同样可以获得大动态范围或低照度下的连续辐亮度输出，但其灯源差异性及可变光阑限制等因素，这种调节方法并不能够保证积分球任意能级下的稳定色温光谱输出。针对各类不同光学仪器的辐射动态差异性，其光源色温非一致性问题难以满足实验室辐射定标中多能级定标的需求，限制了光学遥感仪器在低辐照度水平和大动态辐射范围的实验室定标精度，其光源色温非一致性对宽波段通道定标精度影响尤为明显。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种宽波段光学遥感器实验室变色温积分球光源下大辐射动态范围一致性高精度定标方法。
[0005]本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：一种变色温积分球光源下宽波段大动态范围辐射定标方法，所采用的辐射定标装置包括积分球1和对应的计算机控制系统2，积分球1由TEC制冷的标准探测器3、卤素灯光源4及可变光阑5构成，光学仪器包括标准辐射计6和光学遥感器7，标准辐射计6用于建立积分球1辐亮度标准，光学遥感器7采用积分球1进行辐射定标，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]步骤一：确认试验环境符合定标技术要求，包括暗室搭建、温湿度、防静电及接地措施，打开定标积分球1控制软件和光学仪器数据采集软件，光学仪器入光口对准积分球1的发光面中心，距离大于0.5m，打开积分球1内部的标准探测器3，关闭实验室照明，测量标准探测器3的暗电平，然后给光学仪器和积分球1电源通电，开启积分球1内的全部卤素灯光源4，等待光学仪器和积分球1光源工作稳定；
[0007]步骤二：在步骤一基础上完成定标设备布局和仪器参数调试，利用标准辐射计6对积分球1大动态范围内的辐亮度进行多能级标定，从最大入射辐射量开始逐渐减少卤素灯光源4数量和可变光阑5尺寸，按照灯源差异性和辐射量级水平设计N个定标能级，调节可变光阑5大小来获取低端辐亮度能级，使用标准辐射计6测量积分球1不同能级对应的光谱辐亮度，并记录积分球1标准探测器3输出值，完成积分球1光源的辐射标定；
[0008]步骤三：根据步骤二积分球1定标能级对应的标准探测器3输出值和光谱辐亮度，将积分球1不同能级下的色温光谱转换到积分球1光源全开时的色温光谱，计算第n能级下的等效光谱辐亮度：
[0009][0010]其中，λ为波长的位置，R(λ)是光学遥感器7的光谱响应函数，λ1和λ2分别为光学遥感器7光谱响应函数的起始波长和终止波长，L
全开
(λ)为积分球1全开时光学遥感器7入瞳处波长在λ处的光谱辐亮度，L
n
(λ)是积分球1第n能级下测量的光谱辐亮度，是第n能级下的等效全开光谱形状的光谱辐亮度，此时标准探测器3输出值为A
n
，建立A
n
和之间的函数关系：
[0011]标准探测器
[0012]步骤四：在步骤一基础上完成光学遥感器7布局和参数调试，在光学遥感器7动态范围内设定M个积分球1定标能级，在光学遥感器7信号满量程的辐亮度条件下获得各通道的输出数据，控制积分球1的可变光阑5大小和卤素灯光源4数量，逐渐减少入射辐射量，采集光学遥感器7各通道在不同辐射量下输入的计数值，同时记录每个定标能级下标准探测器3输出值A
m
，直至全部关闭，用黑色盖板遮住光学遥感器7入光口，采集光学遥感器7全暗条件下的计数值和噪声值；
[0013]步骤五：根据步骤四获得的定标数据，通过步骤三中公式(1)和公式(2)，建立积分球1输出的光谱辐亮度和标准探测器3输出值之间关系，采用线性插值法计算标准探测器3输出值A
m
对应的等效光谱辐亮度仪器入瞳处积分球1输出的辐亮度
[0014][0015]式中：为积分球1第m个能级输出的等效光谱辐亮度，[λ3，λ4]为光学遥感器7标称光谱响应范围，采用线性定标公式拟合各个通道的输入输出数据，计算各个通道的定标系数：
[0016][0017]式中：DN
m
为m能级光学遥感器7的输出码值，a0，a1为线性响应下的定标系数，在进行定标时，遥感应用要求以光谱辐亮度为主时，仪器入瞳处积分球1输出的光谱辐亮度
[0018][0019]按式(4)、式(5)建立光学遥感器7输出值与入射等效辐亮度之间的定量关系，通过典型辐亮度情况下通道的输出信号、噪声及暗背景计算出信噪比，通道最大输出值和定标系数获得通道的动态范围，完成光学遥感器7辐射定标。
[0020]进一步的，所述的定标试验在实验室的微光暗室内进行，实验室内墙、天花板、窗户和门用黑色材料覆盖，主要环境条件为温度20
±
5℃、湿度45％
±
5％，洁净度十万级。
[0021]进一步的，所述的积分球1的光谱范围覆盖光学遥感器7的工作波段，输出辐亮度调节范围覆盖光学遥感器7的响应动态范围，积分球1的辐亮度稳定性一般应优于99％，辐亮度面均匀性和角均匀性一般应优于98％，积分球1的发光面覆盖光学遥感器7的入瞳全口径和全视场。
[0022]进一步的，所述的标准探测器3用于监测和计算积分球1输出的辐亮度，辐亮度覆盖范围从1
×
10
‑6到150W/(m2·
sr)。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种变色温积分球光源下宽波段大动态范围辐射定标方法，针对积分球光源的色温缓变特性，利用光学遥感器的系统光谱响应函数，通过建立多辐射能级下的标准辐射计和变色温的积分球标准探测器光谱辐射关系，解决了变色温积分球光源下光学遥感器宽波段通道八个量级动态范围的辐射定标问题，实现了实验室积分球光源大动态范围下辐射一致性定标的准确性。针对各类型的光学设备，该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变色温积分球光源下宽波段大动态范围辐射定标方法，所述的定标方法基于的辐射定标装置包括积分球(1)和对应的计算机控制系统(2)，所述的积分球(1)由TEC制冷的标准探测器(3)、卤素灯光源(4)及可变光阑(5)构成，定标方法采用的光学仪器包括标准辐射计(6)和光学遥感器(7)，标准辐射计(6)用于建立积分球(1)辐亮度标准，光学遥感器(7)采用积分球(1)进行辐射定标，其特征在于所述的定标方法包括以下步骤：步骤一：确认试验环境符合定标技术要求，包括暗室搭建、温湿度、防静电及接地措施，打开定标积分球(1)控制软件和光学仪器数据采集软件，光学仪器入光口对准积分球(1)的发光面中心，距离大于0.5m，打开积分球(1)内部的标准探测器(3)，关闭实验室照明，测量标准探测器(3)的暗电平，然后给光学仪器和积分球(1)电源通电，开启积分球(1)内的全部卤素灯光源(4)，等待光学仪器和积分球(1)光源工作稳定；步骤二：在步骤一基础上完成定标设备布局和仪器参数调试，利用标准辐射计(6)对积分球(1)大动态范围内的辐亮度进行多能级标定，从最大入射辐射量开始逐渐减少卤素灯光源(4)数量和可变光阑(5)尺寸，按照灯源差异性和辐射量级水平设计N个定标能级，调节可变光阑(5)大小来获取低端辐亮度能级，使用标准辐射计(6)测量积分球(1)不同能级对应的光谱辐亮度，并记录积分球(1)标准探测器(3)输出值，完成积分球(1)的辐射标定；步骤三：根据步骤二积分球(1)定标能级对应的标准探测器(3)输出值和光谱辐亮度，将积分球(1)不同能级下的色温光谱转换到积分球(1)光源全开时的色温光谱，计算第n能级下的等效光谱辐亮度：其中，λ为波长的位置，R(λ)是光学遥感器(7)的光谱响应函数，λ1和λ2分别为光学遥感器(7)光谱响应函数的起始波长和终止波长，L
全开
(λ)为积分球(1)全开时光学遥感器(7)入瞳处波长λ处的光谱辐亮度，L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王阳，刘云猛，柴金广，熊千千，江丰，吴志峰，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：