[發明專利]成像光譜儀的自動光譜定標系統及方法

無效

• 申請號: 200710040556.3
• 申請日: 2007-05-11
• 公開（公告）號: CN101055246A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 楊宜;肖功海;舒嶸
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術領域：

本發明屬于應用光學領域中的成像光譜定標，具體地說，涉及一種光機電一體化并包含光源、斬波器、單色儀、平行光管、成像光譜儀頭部及前放、多路開關與單色儀控制模塊、鎖相放大器、計算機及系統控制、數據采集與分析模塊的成像光譜儀自動光譜定標系統。以及成像光譜儀的自動光譜定標方法。

背景技術：

二十世紀八十年代出現的成像光譜技術，把二維成像技術和光譜技術有機地結合起來，不僅能對物體進行形態成像，而且還能提供豐富的光譜信息；通過測量圖像中每個象素的光譜，能夠識別視覺上不明顯的顏色差異，人們可以通過復雜的算法從分析的圖像中提取最大的信息量。集成像與光譜為一體的成像光譜儀能夠在連續光譜段上對同一地物進行分光譜的同時成像，即在探測物體空間特征的同時將各個空間象元色散形成5-10nm光譜分辨率的光譜信息，從而能從圖譜合一的影像立方體上的任一象元得到類似于實驗室光譜儀測量物質的光譜曲線。成像光譜數據可以對觀測目標在幾何形狀和光譜特征兩個方面進行分析和識別。由于成像光譜技術具有光譜分辨率高、波段多、圖像與光譜相結合等優點，因而使得它一出現就受到了極大的重視，并在生態、地質、礦產、海洋、陸地水資源、冰雪和大氣環境等各遙感領域得到了廣泛的應用。

隨著成像光譜技術的發展，定量化分析的需求越來越強烈，僅僅通過目標輻射的相對強弱進行影像分析已無法滿足實際應用的需要，只有遙感數據定量化，才能更好地對地物的物理性質做出判斷，定量化已經成為遙感發展的必然趨勢。為了實現成像光譜應用的定量化，遙感儀器首先必須自我標定。對于每一臺成像光譜遙感儀器，自身的定標過程必不可少。此外，由于外界環境、溫度、沖擊等的影響和成像光譜儀自身光學、機械、探測器的性能隨著時間的變化，成像光譜儀的系統響應會發生變化，為了獲取正確的定量數據，必須對儀器進行經常性的定標。如果同一儀器在不同時段獲取的信息，或不同遙感儀器對同一地物獲取的信息不能有效地進行對比，那么成像光譜技術的發展便有了阻礙。為了反演地物的光譜曲線，有必要對成像光譜儀進行光譜定標，以確定成像光譜儀各個通道的中心波長位置和通道光譜帶的寬度。光譜定標作為成像光譜儀定標的第一步具有重要的意義，是進一步開展輻射定標的基礎。

二十世紀九十年代，中國上海技術物理研究所研制了一套半自動的成像光譜儀光譜定標系統，該系統只能采集單個通道的光譜響應曲線，并且使用ISA總線傳遞采集數據。此外，由于光譜定標中，成像光譜儀各個通道出來的峰值響應幅度不一，高達100倍之多，只得靠經驗來確定每個通道相應的鎖相放大器靈敏度。上述缺陷給成像光譜儀的光譜定標帶來了很大的麻煩。

發明內容：

本發明的目的是提供一種能夠對成像光譜儀自動光譜定標的新方法，為成像光譜儀的輻射定標、數據量化提供方便。并提供一套實現這種新方法的成像光譜儀自動光譜定標實用系統。

本發明采用模塊化集成技術構思，把光源、斬波器、單色儀、平行光管、成像光譜儀頭部及前放、多路開關與單色儀控制器、鎖相放大器有機的組合在一起，構成一套實用化的成像光譜儀自動光譜定標系統，解決了單通道光譜定標、采用ISA數據采集、靈敏度的選擇等問題，具有一定的實用性。

本發明是利用光源、斬波器、單色儀和平行光管產生調制的充滿成像光譜儀孔徑的單色光，單色光經過45°反射鏡、成像光譜儀頭部的光學系統會聚到探測器的靈敏單元上，輸出響應經過成像光譜儀前放、多路開關與單色儀控制模塊進入鎖相放大器，鎖相放大器的輸出結果通過RS232串口傳送到計算機中；對每一個光譜通道，多路開關與單色儀控制模塊控制單色儀掃描相應的波長范圍，得到單個通道的光譜響應曲線；前一個通道掃描完成后，多路開關與單色儀控制模塊切換到下一個通道開始掃描，掃描波長起始值為上一個通道波長掃描起始值加上上一個通道的半高寬。循環進行，這樣，最終得到成像光譜儀所有通道的光譜響應曲線。

附圖說明：

圖1是本發明的工作原理示意圖；

圖2是系統的結構模塊框圖。

具體實施方式：

下面根據圖1和圖2給出本發明一個較好實施例，用以說明本發明的結構特征，技術性能和功能特點，而不是用來限定本發明的范圍。

系統采用模塊化集成的技術構思，系統的主要技術指標如下：

●通道波長掃描范圍：30nm

●波長步進間隔：1nm

●中心波長分辨率：優于1nm

●掃描速度：3分鐘/通道。

系統包括如下幾個部分：

1)光源