一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法与流程

本发明属于光谱成像领域，涉及一种成像光谱仪技术，具体是一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法。

背景技术：

红外光谱仪一直是科学研究和分析检测中非常重要的仪器设备。而离岸式傅里叶成像光谱仪是新一代的检测和分析设备，具有“图谱合一”的特性，结合了传统光谱仪和光电成像技术的特点，可同时提供图像二维空间信息和高分辨率的光谱信息，实现对目标场景的探测和深度分析。它拥有全面的成像分析能力、较高的光谱分辨率和良好的平台通用性，在海洋环境监测、空气污染监测、国防研究、公共安全等领域均有着广泛的应用价值，满足这些应用领域对外场应用、现场分析方面的要求。

目前，我国对于成像光谱技术的研究多集中于星载遥感成像领域。在遥感对地观测领域，和对地物鉴别能力开展了相关研究。而离岸式傅里叶成像光谱仪通常立足于近地平台（地基、车载、船载，或低空机载），与星载遥感成像的应用领域和研究对象多有不同。其成像机载也与星载遥感成像的推扫、帚扫等方式相异。不仅如此，在成像的快门时间和光谱分辨率上也有着不小的差别。

以上种种原因都导致，离岸式傅里叶成像光谱仪的数据处理方法有着自己独特、鲜明的特点。为了得到适用于离岸式傅里叶成像光谱仪的光谱数据，需要一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法，将经过傅里叶成像光谱仪得到的干涉数据反演为光谱数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法，包括以下步骤

s11，获取待处理的干涉数据；

s12，将干涉数据进行重排；

s13，对干涉数据去趋势项，去掉干涉采样序列中的直流分量；

s14，对去趋势项后的干涉数据进行切趾；

s15，对切趾后的干涉数据进行相位校正；

s16，将相位校正后的干涉采样序列进行共轭对称化，并采用快速傅里叶变换对其进行反傅里叶变换，得到光谱图。

所述的一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法，所述步骤s11中的干涉数据是成像传感器在采样周期内通过双边采样或过零采样或单边采样获得的包括光谱分辨率、采样精度等参数在内的所有图像数据的集合。

所述的一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法，所述步骤s15中的相位校正方法是校正由于采样误差、探测器和电子系统频率响应不一致等原因造成的相位偏差。

所述的一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法，所述步骤s12中的重排包含以下步骤：

s121，以成像传感器各个像元在采样周期内获得的干涉采样序列为单元处理数据；

s122，将干涉采样序列中的无效数据剔除；

s123，将所有干涉采样序列的长度统一为2的幂次数。

进一步，重排步骤具体为：将干涉数据以传感器某个像元的干涉采样序列为单元数据，组成的数据矩阵，将采集得到的干涉图数据中的无效数据进行剔除，减少数据冗余，将所有的干涉图数据进行截取或数据添零使其长度统一为2的幂次数；其中n和m分别代表传感器横向和纵向的像元数，i和j分别代表像元在传感器横向和纵向的位置。

所述的一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法，其步骤s13按照如下公式进行计算

其中是干涉采样序列，i是均值，是采样步长，p是采样的位置，是最后计算得到的结果。

所述的一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法，所述的步骤s14中的切趾是指选择一个渐变的权重函数与干涉采样序列对应相乘，以减弱仪器谱线函数的旁瓣，减少复原光谱的扰动。

所述的一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法，所述的步骤s16中的傅里叶反变换为离散傅里叶反变换。

本发明的有益效果是：本方法通过对干涉数据进行数据重排、对干涉采样序列进行去趋势项操作以及切趾相位校正等处理方法，再结合快速傅里叶算法将视场内的原始干涉数据反演得到场景内各个点的谱线特征；本发明提出了对离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理的通用流程，可以用于任意响应波段、任意光谱分辨率、任意空间分辨率的离岸式傅里叶成像光谱仪的数据处理。

附图说明

图1示意性的给出了本发明所述的处理方法的流程图；

图2示意性的给出了实施例1所述的单边采样的采样点分布；

图3给出了实施例1所述的干涉采样序列的仿真图；

图4给出了实施例1数据处理完成后的结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1所示，本发明公开了一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法，该方法对离岸式傅里叶成像光谱仪中获得的原始干涉数据进行处理并得到光谱数据，包括以下步骤

s11，数据采集

获取待处理的干涉数据：选择一种采样方式（包含双边采样、过零采样、单边采样等），在成像传感器采样周期内获得所有图像数据的集合（该数据集合也被称之为数据立方），以及采样的参数包括光谱分辨率、采样精度等。

s12，数据重排

将干涉数据进行重排，其中重排包含以下三个方面：

s121，以传感器各个像元在采样周期内获得的干涉采样序列为单元处理数据；s122，对干涉采样序列的处理操作包括将干涉采样序列中的无效数据进行剔除；s123，对干涉采样序列的处理操作包括将所有干涉采样序列的长度统一为2的幂次数。

将干涉数据立方，以传感器某个像元的干涉采样序列为单元数据，组成的数据矩阵。其中n和m分别代表传感器横向和纵向的像元数；其中i和j分别代表像元在传感器横向和纵向的位置。

将采集得到的干涉图数据中的无效数据进行剔除，减少数据冗余。并且将所有的干涉图数据进行截取或数据添零使其长度统一为2的幂次。

s13，去趋势项

对干涉数据去趋势项，作用在于去掉干涉采样序列中的直流分量。

按照如下公式进行计算

其中是干涉采样序列，i是均值，是采样步长，p是采样的位置，是最后计算得到的结果。

s14，切趾

对去趋势项后的干涉数据进行切趾，所述的切趾是指选择一个渐变的权重函数d与干涉采样序列对应相乘，对干涉采样序列进行切趾操作，其作用在于减弱仪器谱线函数的旁瓣，减少复原光谱的扰动。

公式为。

s15，相位校正

对切趾后的干涉数据进行相位校正：根据s11步骤中所选择的采样方法不同，所述步骤s15中的相位校正方法也需相应进行调整，选择一种相位校正算法对上一步得到的干涉采样序列进行相位校正，该步骤主要是校正由于采样误差、探测器和电子系统频率响应不一致等原因造成的相位偏差。

s16，反傅里叶变换

将相位校正后的干涉采样序列进行共轭对称化，并采用快速傅里叶变换对其进行反傅里叶变换，得到光谱图，其中所述的傅里叶反变换为离散傅里叶反变换（idft，inversediscretefouriertransform），该方法在实现时有多种实现手段，包括各种类型的快速傅里叶变换（fft，fastfouriertransform），以及傅里叶余弦变换（fct，fouriercosinetransform）等。

下面结合附图和具体实施措施例对本发明一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法做出进一步的详细说明。

实施例1

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的光谱数据处理方法的一种实现流程图，可以包括：

步骤s11：以过零采样的方式获取待处理的干涉数据立方，如图2所示，所述过零采样的方式指的是在负光程差部分采样少量的点，正光程差部分采样较多的点，所述待处理干涉数据立方指的是，将成像传感器在采样周期内获得的所有图像数据的集合，以及采样的参数包括光谱分辨率、采样精度等。

步骤s12：将干涉数据立方，将传感器某个像元的干涉采样序列提取为单元数据，并预处理后组成的数据矩阵。

其中n和m分别代表传感器横向和纵向的像元数；i和j分别代表像元在传感器横向和纵向的位置。

其中对干涉采样序列的预处理操作是指，将采集得到的干涉图数据中的无效数据进行剔除。并且将所有的干涉采样序列数据进行数据截断或添零使其长度统一为2的幂次数。

步骤s13：将干涉采样序列中的直流分量剔除。

其中，直流分量按照如下公式进行计算

其中是干涉采样序列，i是均值，是采样步长，p是采样的位置。

并按照下式计算得到剔除直流分量之后的值：

。

步骤s14：选择一个渐变的权重函数d与干涉图相乘，对干涉采样序列进行切趾操作。

在本实施例中，选择三角切趾函数d，函数定义如下：

其中，为负光程差范围内的采样点个数，为正光程差范围内的采样点个数。

步骤s15：本实例中，以mertz校正法对干涉数据进行相位校正，分为以下步骤：

(a)在零光程差两侧，正负光程差的采样点中，各连续的取个采样点，共计个采样点。

(b)根据如下的公式计算出每个点的相位：

将计算得到个相位值拟合为一个6阶多项式函数，并根据该函数计算所有采样点的相位。

(c)对正光程差的个干涉采样序列进行fft变换，分别得到振幅谱s和相位谱。

(d)根据以下公式对干涉采样序列相位进行校正，得到最终结果c：

。

步骤s16：将上一步骤得到的单边干涉图进行共轭对称化，得到长度为的偶对称干涉采样序列。对进行fft变换后得到长度为的谱数据。取第个数据作为最终的光谱反演结果。

本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。