一种地面成像光谱测量系统技术方案

本发明专利技术属于遥感技术和光谱技术领域，涉及一种在地面获取地物成像光谱数据并对其进行预处理的系统。本系统包括成像光谱数据获取部分，数据采集存储与处理部分，驱动控制部分和多功能系统平台，地物通过一个垂直于轨道方向的狭缝成像，其光线经过准直镜后平行射出，经色散器件在垂直条带方向按光谱色散，经会聚镜成像在探测器的光敏面上，并进行进一步的数据处理和图像显示。利用本发明专利技术设计的地面成像光谱测量系统，可以获得地物连续的具有较高光谱分辨率和较高空间分辨率的地物目标的成像光谱数据，利用配套的控制软件和数据处理软件，可实现数据测量控制、回放、数据定标、光谱特征提取等功能，从而解决了非运动目标的运动光谱成像技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遥感技术和光谱
，特别是涉及一种在地面获取地物成像光谱数据并对所获取数据进行预处理的系统。
技术介绍
任何对地遥感都有尺度效应的问题，在遥感器视场角不变的情况下，不同的遥感 飞行高度对应不同的像元地面大小。野外光谱测量所对应的地面视场范围与光谱图像像元 的大小相对应是图像光谱定标质量好坏的一个关键因素，而目前野外光谱辐射计均难以做 到地面视场的精确设定。我们研制的高分辨地面成像光谱系统，不仅保留地面光谱测量的 特点，也具有精确设定视场范围和高地面分解力的优势，尤其适合于混合光谱研究和可变 尺度下的像元光谱组构分析。现阶段国内外测量地面光谱所用的光谱仪几乎都是非成像式的，成像式光谱仪还 主要应用在航空、航天领域。国外对于地面成像光谱仪的研究正在广泛展开，推出的几种地 面成像光谱仪功能都很简单(Field Imaging Spectrometer System, FISS，地面成像光谱 系统)。国内目前还缺乏专门研制的地面成像光谱仪，我们研制的高分辨地面成像光谱系统 不仅是在科学理论上的重要创新，也将推动我国实用型地面成像光谱技术和产品的快速发 展。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题结合我国较成熟的航空成像光谱仪技术，研制在测量地物光谱时能同步实现高分 辨率成像的地面成像光谱系统，实现在科学理论上的重要创新，推动我国实用型地面成像 光谱产品的快速发展，促进国内有关地面波谱测量和航空成像光谱技术的进一步发展和完口 ο( 二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种地面成像光谱测量系统，其特征在于， 包括成像光谱数据获取部分，包括摆镜装置，获取待测地物的光谱，并对其进行反射； 前置光学系统，设置在所述摆镜装置反射光线一侧，包括物镜和狭缝，狭缝置于物镜成像一 侧，由物镜接收所述摆镜装置的反射光线并成像；分光系统，设置在所述狭缝后侧，物镜所 成的像经狭缝到达分光系统进行分光处理；CCD面阵探测器，设置在所述分光系统后侧，接 收所述分光系统的分光并进行感光探测；数据采集存储与处理部分，与所述成像光谱数据获取部分相连，对所述CXD面阵 探测器所探测到的数据进行采集存储以及处理；驱动控制部分，与所述成像光谱数据获取部分相连，对所述成像光谱数据获取部 分进行驱动和控制；多功能系统平台，包括支架和旋转部分，用于支撑和旋转所述成像光谱数据获取 部分的组成部件。其中，所述摆镜装置包括扫描镜，所述扫描镜包括反射镜及其机械框架，所述反射 镜表面镀有反射膜。其中，所述反射镜连接有步进电机，通过所述步进电机的驱动做来回摆动。其中，所述狭缝与分光系统之间还设置有准直透镜，将透过狭缝的发散光转换为 平行光。其中，所述分光系统采用棱镜_光栅-棱镜的组合方式，将入射光谱分开。其中，所述分光系统与所述CCD面阵探测器之间还设置有会聚透镜，将透过所述 分光系统发出的光会聚到所述CCD面阵探测器上。其中，所述多功能系统平台设置为360°旋转。其中，所述数据采集存储与处理部分包括数据处理部分，所述数据处理部分包括 辐射传输模型库，其中包含辐射传输模型；标准参考板数据库，其中包含标准参考数据；定 标系数查找表模块，用于查找定标系数；成像光谱数据定标单元，与所述成像光谱数据获取 部分、所述辐射传输模型库、所述标准参考板数据库以及所述定标系数查找表模块分别相 连，调用所述辐射传输模型库和标准参考数据，结合定标系数查找表，将原始成像光谱数据 由灰度值进行绝对定标，得到绝对辐射亮度数据。其中，所述绝对辐射亮度数据由所述数据处理部分转换为反射率立方体数据。(三)有益效果本专利技术的技术方案所研制的高分辨率地面成像光谱系统可以通过地面测量既能 获取测量对象的图像又能获得图像上任意的光谱曲线，这种系统属于针对遥感基础研究领 域的科学仪器原始创新，促进我国在探测器技术、成像光谱技术、光谱分光技术、高速采集 和存储技术等方面的技术发展。现有的地面光谱测量系统只测量光谱，不成像，而且该系统 数据处理采用绝对定标，可以得到测量目标的绝对辐亮度值，能满足定量遥感分析需要，该 系统还配有数据监控分析系统，可回放数据进行监视，可对数据进行定标处理等。附图说明图1是本专利技术地面成像光谱测量系统的总体结构示意图；图2是本专利技术地面成像光谱测量系统中成像光谱数据获取部分系统框图；图3是本专利技术地面成像光谱测量系统数据处理部分模块功能图；图4是本专利技术地面成像光谱测量系统地面工作平台示意图；图5是本专利技术地面成像光谱测量系统光机子系统示意图；图6是本专利技术地面成像光谱测量系统CCD相机传感器的光谱响应范围；图7是本专利技术地面成像光谱测量系统操作软件界面示意图。其中1、配置部分；2、地面成像光谱辐射计；3、摆镜；4、精密导轨；5、工作台；6、 三角架；7、待测目标；8、控制及供电盒；9、笔记本监控器；10、扫描镜；11、物镜；12、狭缝； 13、准直透镜；14、PGP分光器件；15、会聚镜；16、面阵(XD。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为本专利技术地面成像光谱测量系统的总体结构示意图，图2是对图1中的成像 光谱数据获取部分进行详细描述的结构框图，图3示出了数据处理部分模块功能图，图4示 出了地面成像光谱测量系统地面工作平台示意图。地面成像光谱测量系统，包括成像光谱数据获取部分，包括摆镜装置，获取待 测地物的光谱，并对其进行反射；前置光学系统，设置在所述摆镜装置反射光线一侧，包括 物镜和狭缝，狭缝置于物镜成像一侧，由物镜接收所述摆镜装置的反射光线并成像；分光系 统，设置在所述狭缝后侧，物镜所成的像经狭缝到达分光系统进行分光处理；CCD面阵探测 器，设置在所述分光系统后侧，接收所述分光系统的分光并进行感光探测；数据采集存储与 处理部分，与所述成像光谱数据获取部分相连，对所述CCD面阵探测器所探测到的数据进 行采集存储以及处理；驱动控制部分，与所述成像光谱数据获取部分相连，对所述成像光谱 数据获取部分进行驱动和控制；多功能系统平台，包括支架和旋转部分，用于支撑和旋转所 述成像光谱数据获取部分的组成部件。所述成像光谱数据获取部分获取的光谱数据进入所述数据采集存储与处理部分， 进行数据的辐射定标，通过调用辐射传输模型库和标准参考数据，结合定标系数查找表，进 行运算，将原始成像光谱数据由DN (灰度)值，绝对定标后，得到绝对辐射量度数据，进而可 得到反射率立方体数据。图5为仪器光机部分示意图，地物数据经过摆镜反射到物镜、经过狭缝、准直镜， 到达分光系统，光线经分光后，到达会聚镜，光线经会聚镜，投向CCD成像器件，被面阵探测 器探测到，并经过控制传输器件，传输到笔记本电脑，保存到笔记本硬盘中。存储的数据格式为BIP格式，经过笔记本数据处理软件，可以进行数据定标、反射 率转换，得到地物影像立方体，并可以提取出任意像素的光谱曲线，进行定量遥感应用。在本实施例中，地面成像光谱系统采用焦平面探测器依靠自身摆镜的运动对地物 扫描成像，利用光学分光器件对地物进行光谱测量。其工作原理为地物通过一个垂直于轨 道方向的狭缝成像，其光线经过准直镜后平行射出，经色散器件在垂直条带方向按光谱色散， 经过会本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地面成像光谱测量系统，其特征在于，包括：成像光谱数据获取部分，包括：摆镜装置，获取待测地物的光谱，并对其进行反射；前置光学系统，设置在所述摆镜装置反射光线一侧，包括物镜和狭缝，狭缝置于物镜成像一侧，由物镜接收所述摆镜装置的反射光线并成像；分光系统，设置在所述狭缝后侧，物镜所成的像经狭缝到达分光系统进行分光处理；ＣＣＤ面阵探测器，设置在所述分光系统后侧，接收所述分光系统的分光并进行感光探测；数据采集存储与处理部分，与所述成像光谱数据获取部分相连，对所述ＣＣＤ面阵探测器所探测到的数据进行采集存储以及处理；驱动控制部分，与所述成像光谱数据获取部分相连，对所述成像光谱数据获取部分进行驱动和控制；多功能系统平台，包括支架和旋转部分，用于支撑和旋转所述成像光谱数据获取部分的组成部件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：童庆禧，薛永祺，方俊永，张立福，杨一德，亓洪兴，刘学，郑兰芬，
申请(专利权)人：中国科学院遥感应用研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]