成像光谱仪辐射定标概览

成像光谱仪相关技术研究一直是遥感技术研究前沿,成像光谱仪完善的辐射定标是完成各种高质量定量化产品应用的基础.本文介绍了成像光谱仪辐射定标原理和辐射定标方法,并对成像光谱仪辐射定标技术进行了展望.     

AOTF的高光谱成像光谱仪的辐射定标技术

基于声光可调谐滤波器(AOTF)的高光谱成像光谱仪不同于传统的成像光谱仪,它利用声光调制的分光原理,在像面上得到空间信息和任意一个波段的光谱信息.但由于其分光原理和分光器件自身性能的特殊性,辐射定标的方法尚不成熟,辐射定标技术的精度和长期稳定性不能满足遥感应用的更高要求.结合AOTF高光谱成像光谱仪自身的性能和对辐射定标的要求,提出了基于探测器的定标方法和改进的数据处理算法,并对辐射定标的精度进行了分析.实验结果表明:定标后的成像光谱仪能够真实地反映地物目标的信息,有效地提高了成像光谱仪的信息定量化水平.     

成像光谱仪光谱定标

成像光谱仪是谱像合一的新型光学遥感器.成像光谱仪的光谱定标是辐射定标的基础,准确的光谱定标是获得地物正确光谱信息的必要条件.介绍了成像光谱仪光谱定标的原理和几种光谱定标方法,并对国内成像光谱仪光谱定标技术进行了展望.     

长波红外高光谱成像光谱仪的辐射定标

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。采用自行研制长波红外高光谱成像光谱仪原理实验装置（简称 CHIPED-I）进行验证,用黑体对实验装置进行了两点线性定标,将测量的相对强度转化成目标的绝对辐射亮度谱,采用亮温法算出标定后的亮温光谱。结果表明,这种辐射定标方法用于长波红外高光谱成像光谱仪方法可行,这对进一步分析大气透过率和反演大气中红外活性气体浓度具有实际意义。     

绝对辐射定标与相对辐射定标的关系研究

通过对辐射定标过程的全面分析,指出了绝对辐射定标和相对辐射定标之间的不确定性传递关系。其中,相 对辐射定标方法选取多点辐射定标,绝对定标方法选取“标准灯--漫反板--积分球”的 定标流程。以这组相对、绝对辐射定标链路为模型,给出了该辐射定标链路的综合不确定性的表达式,并分析了该表达式中由 相对辐射定标所带来的不确定性分量的来源和意义。最后计算出了在目前器件水平下可达到的辐射定标不确定性数值,从而为实 验室辐射定标精度要求提供了理论依据。     

微型光谱仪辐射定标技术研究

光谱仪器是进行分析和测量的基本设备,应用非常广泛。由于传统光谱仪的诸多缺点,微型光谱仪成为光谱仪器发展的一个重要的研究方向。作为微型光谱仪主要探测元件的线阵CCD具有实时传输和自扫描速度快、频率响应高、能够实现动态测量且能在低照度下工作等特点,其输出信号为像素点和灰度(DN)值,此输出信号与光谱波长和辐射通量之间的对应关系为定标的主要内容。本文主要研究在假定光谱定标已经完成的情况下,输出DN值与辐射通量之间的定量关系。本文基于拉格朗日插值算法,在Visual studio平台上利用C#语言编写了辐射定标算法小程序,利用在中国计量院定标过后的钨灯完成了微型光谱仪的辐射定标,消除了因传感器本身产生的误差,并利用未标定的钨灯验证了该定标方法的可行性,且成功应用于微型光谱仪的应用中。     

Hadamard变换多谱段自适应光谱仪

通过获得目标的光谱特性,揭示目标物质的表面成分,从而识别目标.阐述了Hadamard变换多通道探测的原理及基于Hadamard变换的光谱成像仪原理,设计并研制了基于数字微镜器件(DMD)的Hadamard变换多谱段自适应光谱仪;使用该光谱仪在实验中成功的复原出目标物的光谱,从复原出的光谱曲线中可以鉴别出目标物,同时,将实验组所得光谱曲线与国际标准的光谱曲线进行了比较,平均误差小于4%.     

临边成像光谱仪光谱辐亮度响应度定标研究

基于积分球原理,提出了一种利用积分球进行光谱辐亮度响应度定标的新方法,消除了利用积分球定标的传统方法中由于漫反射板的双向反射率分布函数(BRDF)的测量不确定度大对定标精度的影响,极大地提高了定标精度。利用该方法标定了在研的空间遥感临边成像光谱仪原型样机的光谱辐亮度响应度,分析了定标不确定度,定标合成不确定度为2.6%。将该方法的定标结果与采用标准灯联合漫反射板的定标结果进行了分析比对,结果表明,二者在3%以内相符。引起两种定标结果偏差的主要原因是漫反射板BRDF测量的不确定度。     

傅里叶变换红外成像光谱仪非均匀性在线定标与校正研究

由于傅里叶变换红外成像光谱仪结构的特殊性,其非均匀性在线定标与校正在工程上一直没有得到有效解决。首先对IRFPA非均匀性校正的原理与算法进行了简要阐述,在此基础上,通过对时间调制型、空间调制型及时间空间联合调制型傅里叶变换红外成像光谱仪原理结构的深入分析,针对这三种制式的光谱仪,分别研究出了相应的非均匀性在线定标与校正的方法,为星载傅里叶变换红外成像光谱仪非均匀性的在轨定标奠定了良好的技术基础。     

短波红外成像光谱仪性能检测与定标装置

描述了短波红外成像光谱仪研制中所涉及的系统总体性能检测与定标装置。短波红外成像光谱仪是一台基于棱镜-光栅-棱镜(PGP)组合分光的、推帚式成像的航空成像光谱仪,其探测波段为1000～2500nm,视场角为24°。短波红外成像光谱仪的系统总体性能检测贯穿于仪器研制的全过程中,包括对仪器关键器件的测试,仪器的空间分辨率、视场角及内方位元素等总体指标的测试;短波红外成像光谱仪的定标包括实验室及外场的光谱及辐射定标,它们是仪器研制成功及深入应用的重要保证。最后,介绍了仪器在实验室成像及航空实验成像状况。     

Hadamard变换光谱成像仪光谱复原矩阵修正算法

提出了基于数字微镜阵列(DMD)的Hadamard变换光谱成像仪编码模板的修正算法。利用原理样机获得了目标的光谱数据立方体,在分析DMD结构特点的基础上,建立了一种Hadamard变换光谱复原矩阵修正算法,用于修正DMD狭缝及像元尺寸与DMD尺寸不匹配对相关区域光谱数据产生影响。实验结果表明,修正算法提高了光谱图像的成像质量,同时保证了受影响区域复原光谱与未受影响区域复原光谱相似度达到98.88%以上。     

Hadamard变换光谱仪光谱复原算法的FPGA实现

提出一种利用FPGA实现Hadamard变换光谱仪光谱复原算法的方案。利用具备数字信号处理功能的FPGA对Hadamard编码图像,可以快速地进行Hadamard逆变换并得到复原图像。根据复原图像可以知道被测目标在各个波段的信息从而获得光谱曲线。实验表明,利用FPGA来完成该型光谱仪的光谱复原可以得到清晰的复原图像和单点光谱曲线,并且与软件得到的处理结果基本相同。该方案可以用于该型光谱仪的实时光谱复原以及基于光谱特征的目标识别领域。     

数字微镜Hadamard变换光谱仪光谱反演矩阵标定及实验

国内外对DMD空间光调制的Hadamard变换成像光谱仪做了大量的理论研究和实验验证,但这项技术的研究还不够成熟,很多问题需要进一步的研究。在这种光谱仪中每个像素点色散光谱的编码矩阵互不相同。通过比较激光编码图像灰度值的变化并结合S矩阵元素的变化规律,提出了一种光谱反演矩阵的标定方法。以七阶左移循环S矩阵为例设计编码模板,通过两组成像实验对光谱反演结果进行了验证。在第一组实验中,将一束激光波长为632.8 nm激光导入光谱仪中,光谱仪的光谱响应范围为550~680 nm,632.8 nm在第五个波段范围626~644 nm之内理论上只有波段范围为626~644 nm的第五幅光谱图像是明亮的,其余的图像没有能量分布,实际的实验结果与理论上的分析相吻合。在第二组实验中,让光谱仪对一个彩色蝴蝶模型进行成像,在反演后得到的光谱图像上提取两个测试点的光谱曲线,与用辐射度计提取的光谱特性曲线进行对比分析,实验结果表明反演所得的光谱曲线与辐射度提取的光谱特性曲线基本一致。两组光谱反演的实验结果验证了所提出的光谱反演矩阵标定方法的有效性。     

SVM 的光栅成像光谱仪图像畸变校准方法

成像光谱仪是一种图谱合一的光学遥感仪器。光栅成像光谱仪在获取数据立方体时,由于色散元件本身光谱展开的非线性,导致获取的条带像出现畸变,致使采样频率与拼接方式合理匹配时,获取的图像依然会出现畸变。利用边缘到中心灰度值渐变原理和遗传算法,更准确的提取畸变特征点,选择合适的参数,建立支持向量机回归数学模型,对畸变图像进行校正。与其常规畸变校正方法相比,该方法能够有效的兼顾全局校正法中存在的局部误差,提高校正精度。实验验证校正检验误差可以控制在0.5 个像素之内。     

Hadamard transform image coding

The introduction of the fast Fourier transform algorithm has led to the development of the Fourier transform image coding technique whereby the two-dimensional Fourier transform of an image is transmitted over a channel rather than the image itself. This devlopement has further led to a related image coding technique in which an image is transformed by a Hadamard matrix operator. The Hadamard matrix is a square array of plus and minus ones whose rows and columns are orthogonal to one another. A high-speed computational algorithm, similar to the fast Fourier transform algorithm, which performs the Hadamard transformation has been developed. Since only real number additions and subtractions are required with the Hadamard transform, an order of magnitude speed advantage is possible compared to the complex number Fourier transform. Transmitting the Hadamard transform of an image rather than the spatial representation of the image provides a potential toleration to channel errors and the possibility of reduced bandwidth transmission.     

一种微型光纤光谱仪的设计及校准方法

设计了一种微型光纤光谱仪,以光纤布喇格光栅作为参考信号,用F-P滤波器进行波长解析。研究了分段校准F-P滤波器非线性和参考信号波长值的测定方法。将参考信号波峰功率下降6dB选取波形峰值两侧的特征点来确定其波长值,该方法具有较好的波长稳定性,能使微型光谱仪程序中使用的参考信号波长值与外部精确实测值保持较好的一致性。