干涉型光谱成像仪仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种干涉型光谱成像仪仿真方法，该方法包括：１）空间调制光谱成像仪的入瞳辐亮度进入前置镜成像仿真；２）干涉分光成像仿真；３）探测器响应仿真；４）调制传递函数仿真；５）系统随机噪声仿真；６）探测器噪声仿真；７）光谱复原将干涉信息转化成光谱信息。本发明专利技术提供了一种仿真度高、可广泛应用的干涉型光谱成像仪仿真方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仪器仿真
，尤其涉及一种。
技术介绍
仪器仿真技术是通过建立数学模型模拟真实仪器的各种工作模式和工作状态，使人们在真实仪器使用前就能较准确地了解该仪器在一定的工作环境和工作条件下可能产生的结果和存在的问题，从而衡量真实仪器的性能，发现仪器潜在的设计缺陷，进一步指导仪器的设计，完善仪器的功能，该技术在航天遥感仪器的设计、研制及应用领域的作用尤为重大。 随着二十世纪八十年代光谱成像技术的出现，光学遥感进入了高光谱遥感阶段。高光谱遥感技术作为对地观测技术的重大突破，其发展潜力是以往几个遥感技术的发展阶段所不可比拟的，高光谱成像仪由于具有宽谱段、精细光谱探测能力、图谱合一的特点，已成为遥感领域的一大热点，正日益显示出重要的实用价值。 针对空间遥感对目标特性的精细化识别要求，目前普遍采用的色散方式的光谱成像技术，由于其光谱分辨率与入射狭缝的宽度成反比，要获得更高的光谱分辨率，就需不断减小狭缝的宽度，因此存在着能量利用率低等原理性缺陷，在空间分辨率、光谱分辨率和对弱信号的探测能力等方面受到极大限制，无法满足上述需求，而干涉光谱成像技术具有高灵敏度、高光谱分辨率与高能量通过力等优点，具备原理上的先进性，近年来受到世界各国的广泛关注与推崇，是目前空间对地遥感技术应用的研究热点。 目前，研究在我国刚刚起步，周锦松等基于空间调制干涉光谱成像技术的原理提出了空间调制型干涉超光谱成像仪仿真技术的初步方案(周锦松、胡亮、崔燕等，空间调制干涉光谱成像仪仿真技术初步研究，大气与环境光学学报，2007,2(6) :493 498 ;胡亮、黄旻、周锦松，干涉光谱仪进行目标探测的仿真研究，计算机仿真，200S，25(6) :288 325)，但该方案仿真度较低，主要存在如下缺陷 1.只考虑了探测器的随机噪声，没有考虑探测器本身的响应噪声，而探测器本身的响应噪声对数据的影响要比随机噪声的影响大的多； 2.只考虑了干涉维响应特性的变化，没有考虑空间维响应特性的变化，而空间调制干涉光谱成像仪同时获取的是干涉维和空间维数据； 3.没有考虑光谱复原，而光谱复原在仿真过程中的地位是很重要的，没有光谱复原，所得到的干涉数据不能为用户直接所用，对仿真结果的评价就会有失偏颇。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种仿真度高、可广泛应用的。 本专利技术的技术解决方案是本专利技术提供了一种，其特殊之处在于该方法包括以下步骤3 1)空间调制光谱成像仪的入瞳辐亮度进入前置镜成像仿真，输出辐通量； 2)辐通量输入干涉分光成像仿真，输出干涉分光成像系统像面上的辐通量； 3)干涉分光成像系统像面上的辐通量进入探测器响应仿真，输出干涉量化信号； 4)干涉量化信号通过调制传递函数仿真，输出空间维和光谱维发生变化的干涉量化信息； 5)空间维和光谱维发生变化的干涉量化信息通过系统随机噪声仿真，输出叠加系统随机噪声的干涉信息； 6)叠加系统随机噪声的干涉信息通过探测器噪声仿真，输出叠加了探测器噪声的干涉信息； 7)叠加了探测器噪声的干涉信息最后通过光谱复原将干涉信息转化成光谱信息。 上述步骤4)的具体实现步骤如下 4. 1)干涉量化信号通过光谱调制传递函数仿真，输出干涉维发生变化的干涉量化信息； 4. 2)干涉维发生变化的干涉量化信息通过光学传递函数或点扩散函数仿真后将空间维发生变化的干涉量化信息输出。 上述步骤l)中前置镜成像仿真包括前置镜仿真和狭缝仿真。 上述步骤2)中干涉分光成像仿真包括横向剪切干涉仪仿真、傅氏光学系统仿真和柱面光学系统仿真。 本专利技术的优点是 1、仿真度高。本专利技术在原有的基础上考虑了光学传递函数，引入了对干涉信息空间维的响应特性的仿真，使得干涉信息的仿真更切合实际；同时考虑了探测器响应噪声，使得对干涉信息的仿真度更高。 2、应用广泛。本专利技术在现有仿真技术基础上增加了光学传递函数以及光谱复原可使得对仿真结果的评价更有实际意义，应用更为广泛。本专利技术在前期研究成果的基础上，对空间调制型干涉光谱成像仪仿真方法进行了完善，从而可以获得更好的仿真结果。附图说明 图1为本专利技术的方法流程示意图。具体实施例方式参见图l，本专利技术提供了一种。 步骤100 :前置镜成像仿真，空间调制光谱成像仪的入瞳辐亮度进入前置镜成像仿真输出辐通量。 前置镜成像仿真包括前置镜仿真和狭缝仿真。根据成像系统的辐射能量传输，对于前置光学系统成像仿真考虑通过成像系统的辐射功率传输进行仿真。利用基本辐亮度守恒的概念，在光线通过不同介质的情况下，得到辐射源能量通过成像元件到达像面的辐射功率传输。 狭缝处的辐通量为狭缝处的光谱辐照度与狭缝尺寸的乘积<formula>formula see original document page 5</formula>cos (i) 其中、，fq，"，分别是前置光学系统的透过率，f数和视场角，S'为探测器上单元象元尺寸对应狭缝位置的面积，L ( A )为干涉光谱成像仪入瞳处的光谱辐亮度。 步骤200 :干涉分光成像仿真，狭缝处的辐通量输入干涉分光成像仿真输出干涉分光成像系统像面上的辐通量。 干涉分光成像仿真包括横向剪切干涉仪、傅氏光学系统和柱面光学系统。它的作用是在干涉超光谱成像仪像面位置得到狭缝上像的干涉条纹。 狭缝处的辐通量小。m(A)，经横向剪切干涉仪剪切后每个虚狭缝的辐通〗:为积其中Th为横向剪切干涉仪的透过率干涉分光成像系统像面的辐通量为成像系统像面的照度与探测器像元面积的乘<formula>formula see original document page 5</formula> 其中，t g、fk为傅氏镜、柱面镜光学系统的透过率和f数，S表示探测器像元面积，"k， "ia为傅氏镜、柱面镜光学系统的视场角，d为两虚狭缝的间距，f为傅氏镜的像方焦距，x为像面位置距光轴上零点的距离。 步骤300 :探测器响应仿真，干涉分光成像系统像面上的辐通量进入探测器响应仿真将干涉量化信号输出。 探测器响应仿真主要包括探测器及后处理过程中对信号的采样、光电转换，模数转换，起到记录和量化干涉信息的作用。 由于探测器对不同波段的响应程度不一致，即存在光谱响应曲线R( A )，探测器的曝光时间为t，所以探测器接收到的辐射能量大小为则探测器响应仿真输出为干涉量化信号小迈(n)——DN迈(n)步骤40Q :光谱调制传递函数仿真，干涉l:化信号通过光谱调制传递函数仿真输出干涉维发生变化的干涉量化信息。 光谱调制传递函数仿真是描述仿真链路中光谱响应特性变化的仿真，它包括光学系统SMTF。(v)、探测器SMTFd(v)以及电子系统SMTFe (v)的光谱响应特性的变化。 干涉光谱成像仪数据获取的总体光谱响应用SMTF(v)表示，当整个系统辐值响应具有线性或相移不变性时，它是各个分系统的乘积 SMTF(v) = SMTF。(v) SMTFd(v) SMTFe(v) 利用SMTF(v)将探测器仿真输出的干涉量化信息DNm(n)调制成干涉维发生变化的干涉量化信息DNim(n):DNim (n) = FT—1 {FT SMTF (v)} 步骤500 :光学传递函数或点扩散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干涉型光谱成像仪仿真方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：１）空间调制光谱成像仪的入瞳辐亮度进入前置镜成像仿真，输出辐通量；２）辐通量输入干涉分光成像仿真，输出干涉分光成像系统像面上的辐通量；３）干涉分光成像系统像面上的辐通量进入探测器响应仿真，输出干涉量化信号；４）干涉量化信号通过调制传递函数仿真，输出空间维和干涉维发生变化的干涉量化信息；５）空间维和干涉维发生变化的干涉量化信息通过系统随机噪声仿真，输出叠加系统随机噪声的干涉信息；６）叠加系统随机噪声的干涉信息通过探测器噪声仿真，输出叠加了探测器噪声的干涉信息；７）叠加了探测器噪声的干涉信息最后通过光谱复原将干涉信息转化成光谱信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周锦松，景娟娟，相里斌，崔燕，黄旻，吕群波，胡亮，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]