[发明专利]一种便携式光谱定标装置及其光谱定标方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱定标装置，特别涉及一种适用于外场的便携式光谱定标装置。

背景技术

目前，成像光谱仪在农业生产管理、资源调查、生物医疗等领域取得了广泛的应用。但随着光学、电子、计算机等技术的发展，成像光谱仪的光谱分辨率可以做的很高，伴随着成像光谱仪性能的提高，成像光谱仪的光谱定标精度也要求越来越高，这要求成像光谱仪使用前进行光谱定标，以提高光谱数据的可靠性。目前实验室光谱定标设备都是基于单色仪波长扫描和光谱灯完成，基于单色仪定标设备与定标方法复杂，很难在野外、机载或星载使用，光谱灯很难提供均匀和大口径系统地的照明。目前机载或星载成像光谱仪采用的光谱定标设备都是基于滤光片或反射板的方法进行光谱定标。美国专利US006111640A 公开了一种采用反射板的定标方法，利用反射板材料的吸收特征进行光谱定标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种体积小，重量轻，便于野外携带，易于操作，可实现高精度光谱定标的光谱定标装置及其光谱定标方法。

本发明的技术方案是提供光谱定标装置，包括激发光源模组、光纤和照明面板；所述的激发光源模组包括光源、电池、振荡电路和集光原件；所述的照明面板为导光板和棱镜板两层结构，上层为棱镜板，下层为导光板，导光板包括入光口、导光条和匀光板，匀光板的底面由若干个四面体单体构成，棱镜板置于匀光板的上部；激发光源模组发出的激光通过光纤传输到照明面板的入光口进入导光条。

本发明所述的光源为汞灯、汞氩灯或汞镉灯中的一种；所述的四面体为正四面体；所述的集光原件为聚光镜透镜、背面光反射镜中的一种，或它们的组合。

本发明技术方案还包括采用上述便携式光谱定标装置的光谱定标方法，包括如下步骤：

（1）将定标装置的照明面板的上层棱镜板紧贴于成像光谱仪的前置物镜的镜头前，使成像光谱仪狭缝方向平行于棱镜板的槽形方向；

（2）打开光谱定标装置的光源前，采集N幅暗背景图像，N ≥10，进行平均处理，得到背景噪声；

（3）打开光谱定标装置的光源，成像光谱仪采集照明面板发出的光信号，得到激发光源的辐射谱线图像； 

（4）对得到的图像数据进行预处理后，再进行高斯拟合，得到成像光谱仪的谱线峰值位置及半峰值宽度；

（5）采用多项式拟合处理，得到成像光谱仪的谱面的波长与像元对应关系及半峰值宽度，用于光谱定标。

步骤（3）为通过M幅图像平均降低随机噪声，M ≥10，剩余噪声通过对每个通道的谱线Savitzky-Golay法平滑滤波处理，并去除背景噪声，得到保留光谱特征的降噪声激发谱线图像。

在定标时，定标装置的照明面板的上层棱镜板与成像光谱仪的前置物镜的镜头间设置去杂光遮光装置。

步骤（5）中采用n次多项式拟合，n为 3。

本发明提供的光谱定标装置的工作原理是；根据成像光谱仪工作光谱范围确定电路、集光元件等；电池提供电路的工作电压，振荡电路部分把低压转换成高频高压，使汞、氩等物质产生激发谱线。光纤用于把激光光源产生的光传输到照面面板上，光纤数值孔径及其口径根据光耦合需要确定；照明面板用于把光进行均匀处理，照明面板具有两层结构，一层为导光板，一层为棱镜板，导光板对光进行均匀散射处理，棱镜板用于限制散射视场，在狭缝宽度对应的方向上限制发散视场，使大部分能量集中于一定发散角内，在狭缝长度方向具有接近朗伯特性的散射光，所述的导光板，其底部采用微型四面体结构的排布，能够使光均匀反射，导光板上层采用棱镜板，通过棱镜槽深、槽顶角来控制发散角度。

聚光镜透镜的材料根据光谱波段选择，如在紫外-短波红外波段可选择石英玻璃；光源可采用汞灯(Hg)、汞氩灯(HgAr)、汞镉灯(HgCd)等；背面光反射镜的凹面镀有宽波段高反射膜，振荡电路产生高频高压的振荡电路，频率为1k Hz以上，电压为600V左右，电池可采用市面上常用的9V电池。

本发明提供的照明面板其上层为棱镜板，下层为导光板，导光板的底面由四面体微结构单元构成；导光板对光进行均匀散射处理，棱镜板用于限制散射视场，在狭缝宽度对应的方向上限制发散视场，使大部分能量集中于一定发散角内，在狭缝长度方向具有接近朗伯特性的散射光，所述的导光板底部采用四面体结构的排布，能够使光均匀反射，导光板上层采用棱镜板，通过棱镜槽深、槽顶角来控制发散角度。

本发明提供的光谱定标装置，其定标方法包括如下步骤：