[发明专利]嵌入式光谱及辐射实时定标装置

说明书

技术领域

本发明属于光谱及辐射测量领域，具体是指一种嵌入式光谱及辐射实时定标装置，它集成于光谱仪器内部，同时满足成像光谱仪光谱及辐射实时定标的需求。

背景技术

成像光谱仪在获取目标空间信息的同时，以高光谱分辨率得到目标的光谱信息，从而实现对地物目标的识别，其在土地资源调查、农林业、环境与灾害监测、数字城市等国民经济方面以及伪目标识别等军事方面的应用越来越广泛。随着面阵探测器件及分光器件水平的提高，凝视型成像光谱仪得到了一定的发展，并由于信噪比高、成像效率高、光机结构简单、体积小、质量轻以及功耗低等优点，将逐渐得到广泛应用。成像光谱仪在获取到目标的图像和光谱信息后，为了使得到的信息更加真实可靠，在仪器整机完成以后都需要对其进行定标校准。应用于星载或深空探测的光谱仪器，一旦升空就不能像地面装置一样可以再进行定标校准，而且仪器所处的环境状况恶劣，随着时间的推移仪器会受到不同程度的污染和老化，从而影响所获取信息的真实可靠性。为了解决这个问题，一般都在仪器内部加装定标装置或利用地面靶标对相关仪器进行定标校准。

仪器内定标装置通常使用太阳光或定标灯作为光源，当前运行的相当多仪器的内定标装置仅具有辐射定标功能，而且大部分不能够进行实时定标；另外，对深空探测光谱仪器来说，要求其定标装置轻小型化。本发明基于原有定标装置的不足，提出了一种嵌入式光谱及辐射实时定标装置，其目的在于将光谱及辐射定标装置合二为一并集成于仪器内部，实现每帧图像均可采集定标数据而对仪器进行完全实时的定标。该定标装置结构简单、体积小，在满足光谱及辐射实时定标的同时，实现了仪器的轻小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入式光谱及辐射实时定标装置，实现对凝视型成像光谱仪的光谱及辐射进行实时定标，该装置作为成像光谱仪器的组成部分，满足仪器轻小型化的设计要求。

本发明针对凝视型成像光谱仪器的特点及其实时定标的需求，使用传像光纤束传递光能，并利用在通光孔内壁上涂掺杂稀土元素的涂料形成漫反射板，由此产生辐亮度可调的、含有特征吸收峰的线光源，实现实时的光谱及辐射定标。本发明利用光源1获得辐亮度可调的光源，光源经过抛物面反射镜2反射后经耦合透镜3会聚到光纤束4的入射端面4-1上，其端面排列成圆型的中心对称状，如附图1所示，定标光通过光纤后经线型排列的出射端面4-2出射，进入到视场光阑组件5中的通光孔5-1内，照亮涂有掺杂稀土涂料的45°斜面5-2，形成含有特定吸收峰的光源，由狭缝5-3进入待定标光谱仪器，同时成像光束经过方形光阑5-4也进入仪器，两部分光束经仪器后继光学组件会聚到面阵探测器6上。

本发明装置中，线列定标光源由光源1、抛物面反射镜2、耦合透镜3及光纤4组成，光源1采用钨灯或LED或LD可以获得辐亮度可调的光源，其发出的光耦合进入光纤束4的入射端面4-1，入射端面光纤是聚成一束的，光通过光纤后经出射光纤端面4-2发出，出射端面4-2光纤是排成一列的，形成辐照度可调的线性光源。

附图2为本发明的视场光阑组件结构示意图，其中定标所用光源的产生装置与凝视成像光谱仪的方形光阑合成在一个结构件上，共同位于成像光谱仪的中间像面处；成像光束经过方形光阑5-4进入光谱仪器，而定标光则通过光阑侧面的通光孔5-1进入，在45°斜面5-2上发生漫反射，其中斜面上涂有掺杂稀土元素的涂料，从而产生含有特定吸收峰的线光源，经狭缝5-3进入光谱仪器。当光源1确定时，进入到光纤的光辐亮度与波长规一化函数关系就确定，而线列光纤束、通光孔5-1，涂有掺杂稀土元素涂料的漫反射斜面5-2经特别设计及制作后，具有稳定的化学及物理特性，因此，自狭缝5-3出射的光辐射的辐亮度与波长归一化函数关系确定。这样，调节光源1的光强，就可产生多个能级的归一化辐亮度与波长函数关系相同的光进入待定标仪器，满足光谱仪器辐射定标需要。另外，自狭缝5-3出射的光辐射中包含有多个特征吸收峰，这些特征吸收峰与掺杂的稀土元素固有特性有关，当涂料中所掺杂稀土元素确定后，特征吸收峰就完全确定，满足光谱定标对波长定位的需要。

由于成像光束与定标光束同时入射到仪器内部，两部分光束经仪器内光学系统后会聚到阵列探测器6上，如附图3所示，其中探测器中方形部分用于光谱成像，椭圆形部分用于光谱及辐射定标，此装置可以实现在成像光谱仪器采集每帧图像的同时进行定标，实现完全实时的定标效果。

本发明的优点在于：

1)本发明利用光纤束实现线光源，同时，将掺杂稀土元素的漫反射涂料用于定标装置中，产生含有特征吸收峰的辐亮度可调的线光源。