超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法
【专利摘要】本发明涉及一种超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法，包括以下步骤：调整积分球光源、高精度转台系统以及环形临边成像仪之间的相对位置；通过高精度转台系统控制仪器的方位，依次对环形临边成像仪多个方位的环形视场单独定标，得到仪器各方位单独定标的辐亮度响应度R1(λ)，R2(λ)，…，Ri(λ)，…，Rn(λ)，其中1≤i≤n，n由仪器环形视场在积分球开口处的投影面积和积分球开口面积共同决定；对环形临边成像仪各方位单独定标的数据进行处理，结合仪器各方位之间的相对角度关系，整合得到仪器全视场辐亮度响应度R(λ)。本发明可利用小开口的积分球同时结合仪器对应方位的阈值化函数，通过数据整合从而得到全视场的高精度辐射定标结果。
【专利说明】超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法
【技术领域】
[0001]本发明属于遥感仪器辐射定标领域技术，具体涉及一种超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法。
【背景技术】
[0002]环形临边成像仪放在航天器上用来同时获取地球临边多方位的图像和数据信息，以研究全球整层大气密度、臭氧分布和气溶胶等微量成分的垂直结构及三维分布。环形临边成像仪发射之前必须进行高精度的辐射定标，从而获得仪器像面上所有像素的辐亮度响应度。
[0003]目前，国际上遥感仪器辐射定标最常用的方法是直接用大口径积分球光源模拟地球临边福射，照明待定标仪器的整个视场，得到仪器电信号输出与光福射输入之间的对应关系。积分球光源 虽然近似为郎伯体，但一般高精度辐射定标时只利用其开口面积的中心1/3部分，并且辐射角度也仅局限于±30°角范围内。积分球光源能满足目前绝大多数遥感仪器的辐射定标精度，但是随着遥感仪器视场角的持续增大，一方面仪器在积分球开口面上的投影会变大，另一方面积分球输出辐射的朗伯特性会变差，两者都将给仪器定标结果带来很大的不确定度。
[0004]环形临边成像仪环形视场角约为±70°~±73°，远远超出积分球朗伯特性的角度范围。即使不考虑朗伯特性，在定标距离300mm下，环形临边成像仪临边视场在积分球开口面上的投影是一个直径Φ1800πιπι的超大圆环，这样积分球的直径至少需要达到Φ2850πιπι，而这仅仅是对应积分球开口的边缘部分，若考虑高精度定标所需要的积分球开口面积的中心1/3部分，则积分球直径将达到Φ5000πιπι。且不说如此大体积的积分球能否实现，即使能够研制，其输出辐射的强度也很可能达不到辐射定标的要求。所以单纯靠增大积分球体积绝不是实现超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标的有效途径。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有积分球定标方法对遥感仪器视场的限制，提出的一种无需增大积分球体积的、超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下:
[0007]一种超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1:调整积分球光源、高精度转台系统以及环形临边成像仪之间的相对位置；
[0009]步骤I1:通过高精度转台系统控制仪器的方位，依次对环形临边成像仪多个方位的环形视场单独定标，得到仪器各方位单独定标的辐亮度响应度&(入)，R2(A),…，Ri(A),…，RnU)，其中I≤i≤n，n由仪器环形视场在积分球开口处的投影面积和积分球开口面积共同决定，仪器分割的子视场数η既要使各子视场在积分球开口处的投影不超过积分球开口的中心1/3大小，又要尽可能地减少子视场数以减小后续整合子视场定标数据的工作量；[0010]步骤II1:对环形临边成像仪各方位单独定标的数据进行处理，结合仪器各方位之间的相对角度关系，整合得到仪器全视场辐亮度响应度R( λ )。
[0011]上述技术方案中，所述步骤I具体包括:
[0012]步骤1:按环形临边成像仪光线追迹图，计算并画出仪器辐射定标时积分球光源、高精度转台系统以及环形临边成像仪三者之间的位置关系；
[0013]步骤2:按理论位置关系搭建定标装置，调整积分球光源出射开口的俯仰角，使其出射辐射光轴与环形临边成像仪环形中心视场(±71.5° )重合。
[0014]上述技术方案中，所述步骤II具体包括:
[0015]步骤3:利用高精度转台系统将环形临边成像仪环形视场的某一个方位对准积分球开口中心，记录此时高精度转台系统的角度Θ i，并对仪器该方位的辐亮度响应度进行标定，得到R1U)；
[0016]步骤4:通过电机控制转台带动仪器转动，依次重复步骤3，得到一系列转台系统的角度θ i以及对应于该转角方位仪器的辐亮度响应度Ri (入)。
[0017]上述技术方案中，所述步骤III具体包括:
[0018]步骤5:按照记录的转台转角Θ i，对仪器像面进行阈值化分析并赋值，得到仪器像面对应方位的阈值化函数G(Qi)；
[0019]步骤6:将以上各方位的仪器辐亮度响应度RiU)与对应的阈值函数G( Θ J求积再相加，得到仪器全视场辐亮度响应度R ( λ ) = Σ Ri ( λ ).G ( Θ D。
[0020]本发明的超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法具有以下的优点:
[0021]本发明的超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法，利用高精度的转台系统将环形临边成像仪的超大环形视场进行分割，并对各分割后的子视场单独进行辐亮度标定，这样不仅可以利用小开口的积分球同时结合仪器对应方位的阈值化函数，通过数据整合从而得到全视场的高精度辐射定标结果。
[0022]本发明的超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法，不需要增加积分球开口大小，大大节约了成本，同时通过高精度的转台系统保证环形成像仪各分视场都通过积分球的同一区域、同一角度进行定标，提高了各分视场定标数据的精度，增强了各分视场相对定标数据的可比性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0024]图1是本发明的用于超大视场环形临边成像仪的高精度辐射定标方法的示意图；
[0025]图2是本发明的用于超大视场环形临边成像仪的辐射定标数据整合示意图。
【具体实施方式】
[0026]本发明的发明思想为:一种超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法，其包括以下步骤:
[0027]步骤1:调整积分球光源、高精度转台系统以及环形临边成像仪之间的相对位置；
[0028]步骤I1:通过高精度转台系统控制仪器的方位，依次对环形临边成像仪多个方位的环形视场单独定标，得到仪器各方位单独定标的辐亮度响应度&(入)，R2(A),…，Ri(A),…，RnU)，其中I≤i≤n，n由仪器环形视场在积分球开口处的投影面积和积分球开口面积共同决定，仪器分割的子视场数η既要使各子视场在积分球开口处的投影不超过积分球开口的中心1/3大小，又要尽可能地减少子视场数以减小后续整合子视场定标数据的工作量；
[0029]步骤II1:对环形临边成像仪各方位单独定标的数据进行处理，结合仪器各方位之间的相对角度关系，整合得到仪器全视场辐亮度响应度R( λ )。
[0030]具体的说，本发明的高精度辐射定标及数据整合方法包括以下具体步骤:
[0031]步骤1:按环形临边成像仪光线追迹图，计算并画出仪器辐射定标时积分球光源、高精度转台系统以及环形临边成像仪三者之间的位置关系；
[0032]步骤2:按理论位置关系搭建定标装置，调整积分球光源出射开口的俯仰角，使其出射辐射光轴与环形临边成像仪环形中心视场(±71.5° )重合；
[0033]步骤3:利用高精度转台系统将环形临边成像仪环形视场的某一个方位对准积分球开口中心，记录此时高精度转台系统的角度Θ i，并对仪器该方位的辐亮度响应度进行标定，得到R1U)；
[0034]步骤4:通过电机控制转台带动仪器转动，依次重复步骤3，得到一系列转台系统的角度Qi以及对应于该转角方位仪器的辐亮度响应度Ri(X)；
[0035]步骤5:按照记录的转台转角Θ ,，对仪器像面进行阈值化分析并赋值，得到仪器像面对应方位的阈值化函数G(Qi)；
[0036]步骤6:将以上各方位的仪器辐亮度响应度RiU)与对应的阈值函数G( Θ J求积再相加，得到仪器全视场辐亮度响应度R ( λ ) = Σ Ri ( λ ).G ( Θ D。
[0037]以下结合附图对本发明的具体实施作进一步详细描述。
[0038]参见附图1，本发明的用于超大视场环形临边成像仪的高精度辐射定标方法主要利用高精度五维转台系统2，将超大视场环形临边成像仪3中决定仪器视场的反射锥单元4等间隔分割，并保证每一分割单元视场均能投影到积分球系统I的开口 5中心1/3区域，如图1右侧正视图所示的投影区域；
[0039]仪器自身像面上的成像分布如图2所示，每一分割单元视场在像面上的成像区域依次用字母A、B、C、…表示，相邻两分割视场有一定交叠区域，一方面可以验证相邻两分割视场定标数据的重复性，更重要的是用以连接此相邻的两个视场，从而实现全视场定标数据覆盖及整合。
[0040]实施例
[0041]本发明实施的对象是长春光机所研制的紫外环形临边成像仪，其临边方向视场角为140°~146°，且能同时对临边6个方位的大气辐射进行探测，三通道中心波长分别为265nm、295nm和360nm,光谱分辨率优于6nm。
[0042]依据本发明所述方法，将仪器各通道旋转中心依次置于高精度五维转台中心处，调整积分球与仪器之间的距离及高度差，使仪器临边视场在积分球开口处的投影基本位于其中心约1/3处，调整积分球输出信号完成仪器该视场方向的辐射定标，通过五维转台旋转仪器，将环形临边视场等分的6个分割视场依次定标，最后根据相邻重叠区的定标数据整合得出全视场的辐射定标结果。[0043]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:调整积分球光源、高精度转台系统以及环形临边成像仪之间的相对位置； 步骤I1:通过高精度转台系统控制仪器的方位，依次对环形临边成像仪多个方位的环形视场单独定标，得到仪器各方位单独定标的辐亮度响应度R1 ( λ )，R2 ( λ )，…，Ri ( λ )，…，RnU)，其中I≤i≤η，η由仪器环形视场在积分球开口处的投影面积和积分球开口面积共同决定； 步骤II1:对环形临边成像仪各方位单独定标的数据进行处理，结合仪器各方位之间的相对角度关系，整合得到仪器全视场辐亮度响应度R( λ )。
2.根据权利要求1所述的高精度辐射定标及数据整合方法，其特征在于， 所述步骤I具体包括: 步骤1:按环形临边成像仪光线追迹图，计算并画出仪器辐射定标时积分球光源、高精度转台系统以及环形临边成像仪三者之间的位置关系； 步骤2:按理论位置关系 搭建定标装置，调整积分球光源出射开口的俯仰角，使其出射辐射光轴与环形临边成像仪环形中心视场重合。
3.根据权利要求1所述的高精度辐射定标及数据整合方法，其特征在于， 所述步骤II具体包括: 步骤3:利用高精度转台系统将环形临边成像仪环形视场的某一个方位对准积分球开口中心，记录此时高精度转台系统的角度Θ i，并对仪器该方位的辐亮度响应度进行标定，得到R1U)； 步骤4:通过电机控制转台带动仪器转动，依次重复步骤3，得到一系列转台系统的角度Θ i以及对应于该转角方位仪器的辐亮度响应度Ri ( λ )。
4.根据权利要求1所述的高精度辐射定标及数据整合方法，其特征在于， 所述步骤III具体包括: 步骤5:按照记录的转台转角Θ ,，对仪器像面进行阈值化分析并赋值，得到仪器像面对应方位的阈值化函数G(Qi)； 步骤6:将以上各方位的仪器辐亮度响应度Ri(X)与对应的阈值函数G( Θ J求积再相加，得到仪器全视场辐亮度响应度R(A)=ERi(A) -G(Oi)0
【文档编号】G01N21/84GK103926252SQ201410120282
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】杨小虎, 王淑荣, 黄煜 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所