一种卤钨灯光源及成像光谱仪星上定标方法
【专利摘要】本申请公开了一种卤钨灯光源及成像光谱仪星上定标方法，其中，卤钨灯光源包括：积分球光源、准直系统、反射镜、漫反射板和功率控制装置；其中，积分球光源包括积分球和设置于积分球内部的卤钨灯，用于发送探测光线，积分球内表面具有漫反射涂层；准直系统用于准直探测光线，获得准直后的探测光线；反射镜用于全反射准直后的探测光线，使准直后的探测光线垂直入射漫反射板，获得漫反射板出射的照明光线；功率控制装置用于将积分球光源内部的辐亮度控制为固定值。卤钨灯光源相较于太阳光而言，具有光谱曲线平滑的优点，使利用多个光谱辐亮度值计算获得卤钨灯光源的光谱曲线的难度降低，从而降低了利用卤钨灯光源的成像光谱仪星上定标方法的难度。
【专利说明】
一种卤钨灯光源及成像光谱仪星上定标方法
技术领域
[0001 ]本申请涉及成像光谱仪星上定标技术领域，更具体地说，涉及一种齒钨灯光源及 成像光谱仪星上定标方法。
【背景技术】
[0002] 随着科学研究的发展，尤其是在国民经济领域，农作物估产、矿物勘探、资源普查、 环境监测等问题的研究需要高精度的高光谱遥感数据。高光谱遥感（Hyper spectral Remote Sensing)，全称为高光谱分辨率遥感，是指用很窄而连续的光谱通道对地面物体持 续遥感成像的技术，其中最主要的成像器件为成像光谱仪，因此成像光谱仪的星上定标精 度大大影响着高光谱遥感的成像效果。
[0003] 现有技术中对所述成像光谱仪的星上定标的过程主要包括:采用太阳光照射漫反 射板作为传递辐射计定标成像光谱仪的传递光源;利用所述传递辐射计定标成像光谱仪的 多个光谱通道，获得所述多个光谱通道的光谱响应度；由于所述传递辐射计的光谱通道数 目一般远少于所述成像光谱仪的光谱通道数，因此，之后还需要利用所述传递辐射计对反 射太阳光的漫反射板进行定标，并反演出太阳光光谱;最后利用反演出的太阳光光谱和所 述成像光谱仪所有未定标通道读数对所述成像光谱仪所有未定标通道进行定标，从而完成 所述成像光谱仪的星上定标过程。
[0004] 但是由于太阳光光谱的分布平滑度较低，这就会使得反演太阳光光谱的难度较 大，增加了对所述成像光谱仪的星上定标的难度;并且太阳光光谱在短期内不稳定，这就会 使得在利用反演的太阳光光谱对所述成像光谱仪所有未定标通道进行定标时，实际的太阳 光光谱和反演出的太阳光光谱并不一致的情况出现，从而使得所述成像光谱仪的星上定标 的精度较差。
[0005] 因此，亟需一种难度较低且精度较高的成像光谱仪星上定标方法。
【发明内容】
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种卤钨灯光源及成像光谱仪星上定标方 法，以实现提供一种难度较低且精度较高的成像光谱仪星上定标方法的目的。
[0007] 为实现上述技术目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
[0008] -种卤钨灯光源，应用于成像光谱仪星上定标，包括:积分球光源、准直系统、反射 镜、漫反射板和功率控制装置;其中，
[0009] 所述积分球光源包括积分球和设置于所述积分球内部的卤钨灯，用于发送探测光 线，所述积分球内表面具有漫反射涂层；
[0010] 所述准直系统用于准直所述探测光线，获得准直后的探测光线；
[0011] 所述反射镜用于全反射所述准直后的探测光线，使所述准直后的探测光线垂直入 射所述漫反射板，获得所述漫反射板出射的照明光线；
[0012] 所述功率控制装置用于将所述积分球光源内部的辐亮度控制为固定值。
[0013] 优选的，所述功率控制装置包括：
[0014] 监视探测器，用于探测所述积分球光源内的辐亮度；
[0015] 功率控制器，用于根据所述监视探测器探测的辐亮度调节所述卤钨灯的功率，将 所述积分球光源内的辐亮度控制为固定值。
[0016] 优选的，所述反射镜表面具有全反射膜。
[0017] 优选的，所述漫反射板表面具有漫反射涂层。
[0018] -种成像光谱仪星上定标方法，包括：
[0019] 利用卤钨灯光源为传递辐射计提供照明光线，所述卤钨灯光源为上述任一实施例 所述的卤钨灯光源，所述传递辐射计为溯源于空间低温辐射计的传递辐射计；
[0020] 利用所述传递辐射计定标成像光谱仪的多个光谱通道，获得所述多个光谱通道的 光谱响应度；
[0021] 根据所述多个光谱通道的光谱响应度和对应的所述成像光谱仪的多个光谱通道 的读数计算获得多个光谱辐亮度值；
[0022] 根据所述多个光谱辐亮度值计算获得所述齒钨灯光源的光谱曲线；
[0023] 根据所述光谱曲线和所述成像光谱仪所有未定标通道读数，计算获得所述成像光 谱仪所有未定标通道的光谱响应度。
[0024] 优选的，所述根据所述多个光谱通道的光谱响应度和对应的所述成像光谱仪的多 个光谱通道的读数计算获得多个光谱辐亮度值采用的公式为：
;其中，L为光谱辐亮度;V为成像光谱仪的光谱通道读数;P为光谱响应度。
[0026] 优选的，所述根据所述多个光谱辐亮度值计算获得所述齒钨灯光源的光谱曲线包 括：
[0027] 根据所述多个光谱辐亮度值，利用插值法计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲线。 [0028]优选的，所述根据所述光谱曲线和所述成像光谱仪所有未定标通道读数，计算获 得所述成像光谱仪所有未定标通道的光谱响应度包括：
[0029] 根据所述光谱曲线获得所述成像光谱仪所有未定标通道的辐亮度；
[0030] 根据所述成像光谱仪所有未定标通道的辐亮度和所述成像光谱仪所有未定标通 道读数计算获得所述成像光谱仪所有未定标通道的光谱响应度。
[0031] 优选的，所述根据所述成像光谱仪所有未定标通道的辐亮度和所述成像光谱仪所 有未定标通道读数计算获得所述成像光谱仪所有未定标通道的光谱响应度所采用的公式 为：
;其中，L为光谱辐亮度;V为成像光谱仪的光谱通道读数;P为光谱响应度。
[0033] 优选的，所述照明光线的波长为所述卤钨灯光源的全谱段反演精度最高的特征波 长。
[0034] 从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种卤钨灯光源及成像光谱仪星 上定标方法，其中，所述成像光谱仪星上定标方法采用所述齒钨灯光源作为所述传递辐射 计对所述成像光谱仪进行定标的定标光源，获得所述多个光谱通道的光谱响应度;然后根 据所述多个光谱通道的光谱响应度和对应的所述成像光谱仪的多个光谱通道的读数计算 获得多个光谱辐亮度值，并利用所述多个光谱辐亮度值计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲 线；最后根据所述光谱曲线和所述成像光谱仪所有未定标通道读数，计算获得所述成像光 谱仪所有未定标通道的光谱响应度。所述卤钨灯光源相较于太阳光而言，具有光谱曲线平 滑的优点，使利用所述多个光谱辐亮度值计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲线的难度降 低，从而降低了利用所述卤钨灯光源的成像光谱仪星上定标方法的难度。
[0035] 进一步的，由于所述卤钨灯光源的星上衰减一致，因此可以通过其内部的功率控 制装置将所述积分球光源内部的辐亮度控制为固定值的方法将所述卤钨灯光源的光谱曲 线保持高度稳定，从而可以避免在利用反演出的卤钨灯光源的光谱曲线对所述成像光谱仪 的所有未定标通道进行定标时出现光谱曲线的变化而影响星上定标精度的情况出现，提高 了利用所述成像光谱仪星上定标方法对成像光谱仪星上定标的精度。
【附图说明】
[0036] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0037] 图1为本申请的一个实施例提供的一种卤钨灯光源的结构示意图；
[0038] 图2为本申请的一个实施例提供的一种成像光谱仪星上定标方法的流程示意图； [0039]图3为本申请的一个实施例提供的一种卤钨灯光源的光谱曲线。
【具体实施方式】
[0040] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041] 本申请实施例提供了一种卤钨灯光源，应用于成像光谱仪星上定标，如图1所示， 包括:积分球光源、准直系统3、反射镜4、漫反射板5和功率控制装置;其中，
[0042] 所述积分球光源包括积分球1和设置于所述积分球1内部的卤钨灯，用于发送探测 光线，所述积分球1内表面具有漫反射涂层10;
[0043] 所述准直系统3用于准直所述探测光线，获得准直后的探测光线；
[0044] 所述反射镜4用于全反射所述准直后的探测光线，使所述准直后的探测光线垂直 入射所述漫反射板5，获得所述漫反射板5出射的照明光线；
[0045] 所述功率控制装置用于将所述积分球光源内部的辐亮度控制为固定值。
[0046] 在本实施例中，所述卤钨灯发出的光线，经过所述积分球1匀光后成为所述探测光 线，由于所述积分球1内表面具有漫反射涂层10,因此所述探测光线为朗伯光(辐亮度不随 方向变化），所述探测光线在经过所述积分球1的第一孔径光阑8和第二孔径光阑9后出射； 具有良好朗伯特性的所述探测光线在经过所述准直系统3准直后出射为均匀分布的准直光 束(所述准直后的探测光线），所述准直后的探测光线在经过所述反射镜4的反射后垂直入 射所述漫反射板5,所述漫反射板5出射的光线称之为照明光线，用于为传递辐射计定标成 像光谱仪提供光源。
[0047] -般而言，要求所述反射镜4需要全反射所述准直后的探测光线，以避免对所述准 直后的探测光线的衰减。在本申请的一个实施例中，如图1所示，通过在所述反射镜4表面贴 全反射膜7的方式实现对所述准直后的探测光线的全反射。但在本申请的其他实施例中，还 可以通过在所述反射镜4表面做表面处理的方式实现对所述准直后的探测光线的全反射， 本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。
[0048] 还需要说明的是，所述功率控制装置可以将所述积分球光源内部的辐亮度控制为 固定值，这样再加上所述卤钨灯在星上衰减一致的特性，使得所述卤钨灯光源的光谱曲线 可以保持高度稳定，这样在利用所述卤钨灯对所述成像光谱仪进行星上定标时，可以避免 由于光源的光谱曲线的变化而带来的星上定标误差，从而提升利用所述卤钨灯对所述成像 光谱仪进行星上定标的精度。
[0049] 在本申请的一个实施例中，所述准直系统3为离轴抛物面镜，但在本申请的其他实 施例中，所述准直系统3还可以由其他光学器件构成，本申请对此并不做限定，具体视实际 情况而定。
[0050] 在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述功率控制装置包括：
[0051 ]监视探测器6，用于探测所述积分球光源内的辐亮度；
[0052]功率控制器11，用于根据所述监视探测器6探测的辐亮度调节所述卤钨灯的功率， 将所述积分球光源内的辐亮度控制为固定值。
[0053] 所述监视探测器6可以为传感器或其他光学器件，所述功率控制器11可以为单片 机或微处理器，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。
[0054]在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图1所示，所述漫反射板5通 过在表面涂覆漫反射涂层10的方式实现漫反射功能。在本申请的其他实施例中，所述漫反 射板5还可以通过在表面进行物理处理的方式实现漫反射功能。本申请对此并不做限定，具 体视实际情况而定。
[0055] 相应的，本申请实施例还提供了一种成像光谱仪星上定标方法，如图2所示，包括：
[0056] S101:利用卤钨灯光源为传递辐射计提供照明光线，所述卤钨灯光源为上述任一 实施例所述的卤钨灯光源，所述传递辐射计为溯源于空间低温辐射计的传递辐射计；
[0057] S102:利用所述传递辐射计定标成像光谱仪的多个光谱通道，获得所述多个光谱 通道的光谱响应度；
[0058] S103:根据所述多个光谱通道的光谱响应度和对应的所述成像光谱仪的多个光谱 通道的读数计算获得多个光谱辐亮度值；
[0059] S104:根据所述多个光谱辐亮度值计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲线；
[0060] S105:根据所述光谱曲线和所述成像光谱仪所有未定标通道读数，计算获得所述 成像光谱仪所有未定标通道的光谱响应度。
[0061] 需要说明的是，在步骤S102中，所述传递辐射计定标成像光谱仪所选用的光谱通 道的确定方式主要包括:建立所述卤钨灯光源的真实光谱曲线与通过多光谱数据拟合的光 谱曲线的误差方程;通过遗传算法寻求所述误差方程全局最优解确定所述传递辐射计的光 谱通道。通过上述过程可以直接评定反演卤钨灯光谱曲线的误差，也可以直接对传递辐射 的中心波长的偏差、光谱带宽和辐射测量不确定度引入的误差对拟合精度的影响程度有一 个评定。
[0062] 在步骤S104中，根据所述多个光谱辐亮度值计算获得的所述卤钨灯光源的光谱曲 线如图3所示。图3中的十字线标注的位置即为根据所述多个光谱通道的光谱响应度和对应 的所述成像光谱仪的多个光谱通道的读数计算获得的多个光谱辐亮度值。
[0063] 由于所述卤钨灯光源相较于太阳光而言具有光谱曲线平滑的优点，使利用所述多 个光谱辐亮度值计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲线的难度降低，从而降低了利用所述卤 钨灯光源的成像光谱仪星上定标方法的难度。
[0064] 进一步的，由于所述卤钨灯光源的星上衰减一致，因此可以通过其内部的功率控 制装置将所述积分球光源内部的辐亮度控制为固定值的方法将所述卤钨灯光源的光谱曲 线保持高度稳定，从而可以避免在利用反演出的卤钨灯光源的光谱曲线对所述成像光谱仪 的所有未定标通道进行定标时出现光谱曲线的变化而影响星上定标精度的情况出现，提高 了利用所述成像光谱仪星上定标方法对成像光谱仪星上定标的精度。
[0065] 另外，由于太阳光中包含紫外成分，这些紫外成分会逐渐分解所述漫反射板5的化 学成分，引起所述漫反射板5的二向反射率发生变化，并且这种变化时难以在空间进行定量 检测的，这也会引起现有技术中利用太阳光作为光源对所述成像光谱仪进行星上定标的精 度的降低。而由于所述成像光谱仪星上定标方法采用所述齒钨灯光源为所述传递辐射计提 供照明光线，从而避免引起所述漫反射板5的二向反射率发生变化的情况，进一步提升了所 述成像光谱仪星上定标方法的星上定标精度。
[0066] 在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述根据所述多个光谱通道 的光谱响应度和对应的所述成像光谱仪的多个光谱通道的读数计算获得多个光谱辐亮度 值采用的公式为：
;其中，L为光谱辐亮度;V为成像光谱仪的光谱通道读数;P为光谱响应度。
[0068] 在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，所述根据所述多个光谱辐 亮度值计算获得所述齒钨灯光源的光谱曲线包括：
[0069] 根据所述多个光谱辐亮度值，利用插值法计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲线。
[0070] 由于所述插值法的具体原理已为本领域技术人员所熟知，本申请在此不做赘述。 [0071 ]在上述实施例的基础上，在本申请的有一个实施例中，所述根据所述光谱曲线和 所述成像光谱仪所有未定标通道读数，计算获得所述成像光谱仪所有未定标通道的光谱响 应度包括：
[0072] 根据所述光谱曲线获得所述成像光谱仪所有未定标通道的辐亮度；
[0073] 根据所述成像光谱仪所有未定标通道的辐亮度和所述成像光谱仪所有未定标通 道读数计算获得所述成像光谱仪所有未定标通道的光谱响应度。
[0074] 具体的，如图3所示，在获得所述光谱曲线后，就可以根据所述光谱曲线读出所述 成像光谱仪所有未定标通道的辐亮度L，再根据所述成像光谱仪所有未定标通道的读数V， 即可根据公式
计算获得所述成像光谱仪所有未定标通道的光谱响应度;其中，L为光 谱辐亮度;V为成像光谱仪的光谱通道读数;P为光谱响应度。
[0075] 在上述实施例的基础上，在本申请的一个优选实施例中，如图3所示，所述照明光 线的波长为所述卤钨灯光源的全谱段反演精度最高的特征波长(图3中的特征波长点）。 [0076]需要说明的是，将所述照明光线的波长选定为所述卤钨灯光源的特征波长的原因 是，通过该特征波长处的辐亮度值计算(反演)获得所述卤钨灯光源的光谱曲线的精度是最 高的。将所述照明光线的波长选定为所述卤钨灯光源的特征波长的方式可以通过遗传算法 确定。
[0077] 综上所述，本申请实施例提供了一种卤钨灯光源及成像光谱仪星上定标方法，其 中，所述成像光谱仪星上定标方法采用所述齒钨灯光源作为所述传递辐射计对所述成像光 谱仪进行定标的定标光源，获得所述多个光谱通道的光谱响应度;然后根据所述多个光谱 通道的光谱响应度和对应的所述成像光谱仪的多个光谱通道的读数计算获得多个光谱辐 亮度值，并利用所述多个光谱辐亮度值计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲线；最后根据所 述光谱曲线和所述成像光谱仪所有未定标通道读数，计算获得所述成像光谱仪所有未定标 通道的光谱响应度。所述卤钨灯光源相较于太阳光而言，具有光谱曲线平滑的优点，使利用 所述多个光谱辐亮度值计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲线的难度降低，从而降低了利用 所述卤钨灯光源的成像光谱仪星上定标方法的难度。
[0078] 进一步的，由于所述卤钨灯光源的星上衰减一致，因此可以通过其内部的功率控 制装置将所述积分球光源内部的辐亮度控制为固定值的方法将所述卤钨灯光源的光谱曲 线保持高度稳定，从而可以避免在利用反演出的卤钨灯光源的光谱曲线对所述成像光谱仪 的所有未定标通道进行定标时出现光谱曲线的变化而影响星上定标精度的情况出现，提高 了利用所述成像光谱仪星上定标方法对成像光谱仪星上定标的精度。
[0079] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0080] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种齒钨灯光源，其特征在于，应用于成像光谱仪星上定标，包括:积分球光源、准直 系统、反射镜、漫反射板和功率控制装置;其中， 所述积分球光源包括积分球和设置于所述积分球内部的卤钨灯，用于发送探测光线， 所述积分球内表面具有漫反射涂层； 所述准直系统用于准直所述探测光线，获得准直后的探测光线； 所述反射镜用于全反射所述准直后的探测光线，使所述准直后的探测光线垂直入射所 述漫反射板，获得所述漫反射板出射的照明光线； 所述功率控制装置用于将所述积分球光源内部的辐亮度控制为固定值。2. 根据权利要求1所述的卤钨灯光源，其特征在于，所述功率控制装置包括： 监视探测器，用于探测所述积分球光源内的辐亮度； 功率控制器，用于根据所述监视探测器探测的辐亮度调节所述卤钨灯的功率，将所述 积分球光源内的辐亮度控制为固定值。3. 根据权利要求1所述的齒钨灯光源，其特征在于，所述反射镜表面具有全反射膜。4. 根据权利要求1所述的齒钨灯光源，其特征在于，所述漫反射板表面具有漫反射涂 层。5. -种成像光谱仪星上定标方法，其特征在于，包括： 利用卤钨灯光源为传递辐射计提供照明光线，所述卤钨灯光源为权利要求1-4任一项 所述的卤钨灯光源，所述传递辐射计为溯源于空间低温辐射计的传递辐射计； 利用所述传递辐射计定标成像光谱仪的多个光谱通道，获得所述多个光谱通道的光谱 响应度； 根据所述多个光谱通道的光谱响应度和对应的所述成像光谱仪的多个光谱通道的读 数计算获得多个光谱辐亮度值； 根据所述多个光谱辐亮度值计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲线； 根据所述光谱曲线和所述成像光谱仪所有未定标通道读数，计算获得所述成像光谱仪 所有未定标通道的光谱响应度。6. 根据权利要求5所述的成像光谱仪星上定标方法，其特征在于，所述根据所述多个光 谱通道的光谱响应度和对应的所述成像光谱仪的多个光谱通道的读数计算获得多个光谱 辐亮度值采用的公式为： i = I :其中，L为光谱辐亮度;V为成像光谱仪的光谱通道读数;P为光谱响应度。 P7. 根据权利要求5所述的成像光谱仪星上定标方法，其特征在于，所述根据所述多个光 谱辐亮度值计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲线包括： 根据所述多个光谱辐亮度值，利用插值法计算获得所述卤钨灯光源的光谱曲线。8. 根据权利要求5所述的成像光谱仪星上定标方法，其特征在于，所述根据所述光谱曲 线和所述成像光谱仪所有未定标通道读数，计算获得所述成像光谱仪所有未定标通道的光 谱响应度包括： 根据所述光谱曲线获得所述成像光谱仪所有未定标通道的辐亮度； 根据所述成像光谱仪所有未定标通道的辐亮度和所述成像光谱仪所有未定标通道读 数计算获得所述成像光谱仪所有未定标通道的光谱响应度。9. 根据权利要求8所述的成像光谱仪星上定标方法，其特征在于，所述根据所述成像光 谱仪所有未定标通道的辐亮度和所述成像光谱仪所有未定标通道读数计算获得所述成像 光谱仪所有未定标通道的光谱响应度所采用的公式为： P= ^ ;其中，L为光谱辐亮度;V为成像光谱仪的光谱通道读数;P为光谱响应度。10. 根据权利要求5-9任一项所述的成像光谱仪星上定标方法，其特征在于，所述照明 光线的波长为所述卤钨灯光源的全谱段反演精度最高的特征波长。
【文档编号】G01J3/28GK106017680SQ201610625322
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月2日
【发明人】叶新, 孙立微, 方伟, 王玉鹏
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所