[发明专利]一种近场步进扫描成像光谱仪的数据处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术，属于光谱图像数据处理技术领域，具体涉及一种 近场步进扫描成像光谱仪的数据处理方法。

背景技术

光谱成像技术可同时获取目标的二维空间信息和一维光谱信息，它将成像技 术和光谱技术有机融合在一起，已经成为遥感探测的前沿技术。大孔径时空联合 调制干涉成像光谱仪作为一种新型成像光谱仪，具有光谱分辨率高、信噪比高、 高通量和高稳定性等优点。它扩展了光谱研究领域，受到世界各国的广泛关注。 在物证鉴定、农业生产、资源勘探、环境监测、防灾减灾、物质鉴别、公共安全 等领域得到了快速发展，并被广泛应用。

大孔径时空联合调制干涉成像光谱仪探测器不同位置对应不同的光程差，通 过扫描目标景物，在不同时刻目标成像在探测器不同位置，从而获得目标点在不 同时刻的完整点干涉图，再由点干涉图通过傅里叶变换复原产生该目标的光谱。

在遥感领域，搭载在飞行平台上的成像光谱仪，在平台飞行时与目标产生相 对运动，完成对目标的扫描工作，其扫描步长由运动速度和曝光时间控制。而对 于微弱和痕量光谱辐射目标探测的近场成像光谱仪，需要采用摆镜或仪器平台步 进旋转的方式，或目标载物平台平动的方式，以完成扫描任务；由于目标光辐射 量小，需要通过步进扫描的方式，利用较长的曝光时间获得高信噪比。

近场成像光谱仪不受搭载平台姿态变化造成干涉图失真的影响，但其步进扫 描的方式对扫描采样步长的要求极高。在实际应用中，目标在光谱仪像面的移动 步长与探测器单像元宽度无法精确相等。为实现高精度的光谱复原，需要对其扫 描的像面干涉图序列进行修正，以解决扫描误差的问题。

对于大孔径时空联合调制成像光谱仪的数据校正处理方法多采用基于相位 相关和图像配准校正算法，对点干涉图非均匀采样，采用非均匀傅里叶变换复原 光谱。

YannFerrec等人(“Experimentalresultsfromanairbornestatic Fouriertransformimagingspectrometer”,AppliedOptics,50(30),2011.) 利用相位相关和特征匹配的方法进行图像配准确定目标位置，对干涉图在空间域 插值成等间隔干涉图，进行傅里叶变换复原得到目标的光谱图像。

李湘滨等人(“大孔径静态干涉成像光谱仪图像校正技术”，光电工程， 2004,31(8):8-11)提出了基于相位相关与归一化积相关的联合图像校正算法， 对图像的旋转和平移失真进行了校正。

以上方法都是针对星载和机载的大孔径时空联合调制成像光谱仪提出的，而 且其原理和计算方法复杂，数据计算量大。而对于近场微弱目标的光谱探测，需 要近场步进扫描和每步长时间曝光以增加采集图像的信噪比。因此，以上应用与 遥感领域的成像光谱仪的数据修正处理方法并不适用。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种近场步进扫描成像光谱仪的数据处理方法，对 像面干涉图序列进行有效修正，可解决近场步进扫描的步长误差问题。本发明包 含以下几个步骤：

步骤1：利用近场大孔径时空联合调制干涉成像光谱仪，通过步进扫描的方 法获取包括目标的原始像面干涉图序列。

步骤2：利用原始像面干涉图序列生成快快视图，判断像面干涉图是否为本 发明所要求的过采样扫描。

步骤3：根据目标中某一点在像面干涉图序列中的不同像素位置，计算移动 步长与探测器单像元宽度的误差。

步骤4：对过采样的像面干涉图序列进行校正，得到校正后的像面干涉数据 立方体。

步骤5：对校正后的像面干涉数据立方体进行重组，获取目标的像素干涉数 据立方体；

步骤6：对像素干涉数据立方体进行傅里叶变换复原，得到目标的光谱数据 立方体。

进一步的，步骤2中，按照步进扫描的顺序提取像面干涉图序列中每帧的第 一行，可以组成一幅新的图像，即为像面干涉图序列的快视图。本发明中的方法 要求目标干涉图序列采集为过采样；若欠采样，应重新调整扫描步长并采集干涉 图序列。

根据快视图判断原始像面干涉图序列的采样情况。若快视图中的目标景物被 横向拉伸，则目标像面干涉图的采集为过采样；若快视图中的目标景物被横压缩， 则目标像面干涉图的采集为欠采样。本发明中的方法要求目标干涉图序列采集为 过采样，若欠采样的情况，应重新减小扫描步长并重新采集干涉图序列。