[发明专利]一种实时在轨光谱定标装置及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及光谱成像领域，具体涉及一种实时在轨光谱定标装置及方法。

背景技术：

成像光谱技术在环境监测、矿物探查、地球科学等领域有着广泛应用。要通过星载成像光谱仪获取的数据得到真实、有效的地物光谱信息，必须对仪器进行光谱定标。除了实验室定标之外，考虑到仪器在轨运行时的环境、状态不断改变，因此在轨定标是不可或缺的。

对于目前广泛应用的色散型成像光谱仪，传统的在轨定标方式包括大气临边定标、太阳定标及内定标等。这些方式都是与成像任务分时完成，因此定标与拍摄有时间差。仪器在执行拍摄任务时，一方面受到太阳光照的影响，整体温度发生变化；另一方面仪器内部的电子学部件工作发热，也使仪器的状态不能保持恒定。所以成像过程中，不同时刻会发生不同的光谱漂移，在成像之前或之后进行光谱定标都会造成状态偏差。

此外，仪器中还需要设计专门的定标光路，利用运动部件（如扫描镜）在成像模式和定标模式之间进行切换，这样就增加了系统硬件和软件上的复杂度。

发明内容：

本发明提出了一种实时在轨光谱定标装置及方法，解决现有定标装置中存在的无法实时在轨光谱定标问题。

一种实时在轨光谱定标装置，如附图1所示，包括积分球1，光谱标准滤光片2、光纤3及探测器4。

积分球1的出射光经过光谱标准滤光片2后成为定标光，由光纤3引至被标定成像光谱系统5的狭缝两端，定标光射入狭缝，经光谱仪成像在探测器4两侧的定标区4-1上，根据定标区4-1像元的光谱数据，对被标定成像光谱系统5进行光谱定标。

所述积分球1采用小型积分球，直径小于80mm，开口小于30mm，其光源有效发光谱段包含被标定成像光谱系统5的成像谱段。

所述光谱标准滤光片2的直径等于积分球开口直径，通光谱段包含被标定成像光谱系统5的成像波段，光谱特性在仪器工作温度范围内保持稳定。

所述光纤3的通光谱段包含被定标成像光谱系统5的成像谱段；

所述探测器4分为定标区4-1和成像区4-2，定标区4-1位于成像区4-2空间维方向的两端，每端设有1-2列，其像元尺寸为成像区4-2像元尺寸的一半。

具体定标方法步骤如下：

1）仪器在轨运行，完成一次成像任务，探测器4的成像区4-2获得光谱图像数据，两端定标区4-1获得光谱定标数据；

2）根据光谱标准滤光片2的特征峰，确定两端定标区4-1每个像元对应的中心波长；

3）设一端定标区4-1像元A_i和另一端定标区4-1像元B_j对应的中心波长相同，则位于其连线上的成像区4-2像元具有与这两个定标区4-1像元相同的中心波长；

4）按照步骤3）所述方法确定成像区4-2每一行像元对应的中心波长。

本发明的优点在于：光谱定标与成像同时完成，每帧成像都能获得光谱定标数据，从根本上解决了以往定标与成像时仪器状态不一致的问题，提高了定标数据的有效性。本发明探测器4的定标区4-1设在空间维两侧，针对一般色散成像光谱仪主要存在的位移型及旋转型光谱漂移可以实现高精度定标，如附图2所示。此外，定标区4-1像元尺寸小，因而谱段间隔比成像区4-2小一半，所以能够捕捉更精细的光谱信息。再加上光谱标准滤光片2的光谱特征，进而获得很高的光谱定标精度。使用光纤3以及相对仪器体来说积较小的积分球1和光谱标准滤光片2，避免了单独的定标光路，有效减轻了仪器的体积和复杂度。

附图说明：

附图1为本发明的总框图。

附图2为光谱漂移示意图。

附图3为实施例中光谱标准滤光片的光谱特征图。

附图4为实施例中探测器的结构示意图。

附图5为实施例中CMOS探测器的具体设计框图。

具体实施方式：

根据发明内容，本实施例构建了一套用于可见-近红外波段色散型成像光谱仪的实时光谱定标装置，如附图1所示。其中各个部分的具体参数和设计如下：

积分球：使用Labsphere公司的小型积分球3P-GPS-030-SF，直径3英寸，出口1英寸；

光谱标准滤光片：使用美国Avian Technologies公司的WCT-2065，其光谱特性如附图3所示，在400nm~1000nm的可见-近红外范围内有着丰富的光谱特征峰；

光纤：采用南京春晖科技实业有限公司生产的光纤，波长范围400nm~1000nm。

探测器：CMOS探测器，采用下文所述特殊设计。