[发明专利]一种光场成像光谱仪的光谱标定校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像领域，具体涉及一种光场成像光谱仪的光谱标定校正方法。

背景技术

成像光谱仪是作为遥感探测技术之一，可以获取的景物或目标光谱信息，在目标识别、特征提取和精确分类等领域具有广泛的应用价值。具有图谱合一的优势，被搭载在航空、航天器上对陆地、大气、海洋进行观测。根据光谱三维数据立方体的获取方式不同，可以分为扫描型和快照。扫描型成像光谱技术在空间或光谱维进行扫描获取完整数据立方体，而快照型成像光谱技术一次曝光即获取目标完整数据立方体，在动态目标监测和追踪方面快照型成像光谱技术具有优势和广泛的应用前景。另一方面，成像光谱仪的应用以遥感信息的定量化为基础，通过实验或物理模型将采集到的遥感信息和观察目标参量联系起来，并反演或推算出地学、生物学和大气等观测目标参量。遥感信息定量化要求对成像光谱仪进行精确的光谱通道定标，因此成像光谱仪的光谱性能参数的准确定标是高光谱遥感器数据提取和定量应用的基本前提。

基于光场成像技术的光场成像光谱仪是通过在光场相机的前置成像系统(主镜)的瞳面出放置由线性渐变滤光片组成的滤光片阵列，实现快照式获取景物目标的三维图谱数据立方体信息，其主要由主镜、滤波片阵列、微透镜阵列和CCD阵列构成，如图1所示[1]。对目标成像时，从目标发出的光线经主镜头和微透镜后投影到CCD阵列上形成宏像素，宏像素中的一个像元对应主镜头孔径的一个采样(子孔径)。滤波片阵列由具有不同波长范围的线性渐变滤光片组成，滤波片不同位置对应子孔径不同单位位置，当目标发出的光线经过主镜时，在每个子孔径处分别得到目标不同的波长的光，再经过微透镜成像后被相应的像元接收。此时，每个微透镜对应一个宏像素，每个宏像素对应目标场景的一个空间采样，宏像素中每个像元对应该空间位置目标的一个光谱采样，因此一个微透镜对应的宏像素内的像元包含了空间目标的不同谱段信息。光场成像光谱仪需提取目标景物通过滤光片阵列的各光谱通道以获取对应的光谱图像。由于系统结构误差、光学衍射和安装误差等引入了偏移，同一滤光片单元对应的子孔径在不同微透镜后对应的位置不同，造成各个微透镜后的光谱信息分布存在差异，即任意微透镜后的宏像素对应一个对立的光谱仪具有各自独立的光谱中心波长和带宽。因此，以各个微透镜后宏像素的固定位置像元代所提取图像并不是真实的某一特定光谱通道图像。

[1]发明专利：苏丽娟，袁艳，胡亮，一种快照式高通量的光谱成像方法和光谱成像仪，授权号ZL201210451761.X。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种成像光谱仪的调试方法。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种成像光谱仪的调试方法，包括以下步骤：S1：利用普通光源、单色仪和积分球组成谱段可调节单色均匀面光源，其中，所述普通光源、所述单色仪和所述积分球依次连接；S2：利用所述单色均匀面光源照射成像光谱仪，获取所述成像光谱仪在各个谱段下的系统响应；S3：根据所述成像光谱仪在各个谱段下的系统响应，确定每个微透镜下各个像元对应的中心波长和光谱带宽；S4：根据每个微透镜下各个像元对应的所述中心波长和所述光谱带宽，确定每个微透镜的光谱采样波长位置；S5：根据所述单色均匀面光源的光谱数据、所述中心波长和所述光谱带宽计算每个微透镜在各个谱段的相对响应非均匀系数；S6：针对实际场景图像，提取每个微透镜覆盖像元的灰度值，并根据每个微透镜的所述光谱采样波长位置和所述相对响应非均匀系数计算得到校正后的光谱数据；以及S7：根据所述校正后的光谱数据，按照目标空间位置依次排列重构实际场景光谱数据立方体。

根据本发明实施例的一种光场成像光谱仪的光谱标定校正方法，光谱定标装置可实现对光场成像光谱仪全视场的定标，无需局部扫描；提出的确立各个微透镜各自的波长采样位置机理，更符合光场成像光谱仪自身机理，有利于保证信息提取的准确性；本发明所提出数据立方体重构方法在光谱维度上进行数据重构，减少了混叠等因素的影响。

另外，根据本发明上述实施例的一种光场成像光谱仪的光谱标定校正方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述步骤S1进一步包括，通过调节所述单色仪输出光谱段调节所述单色面均匀光源对应的谱段λ_i，利用辐射度计监视并记录不同谱段输出的光源强度I_0,λi。