专利名称：真空紫外波段成像系统的平场定标装置及平场定标方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于真空紫外波段成像系统的平场定标装置及定标方法。
背景技术：
随着技术发展的日益成熟，成像系统在国民经济、国防、科学研究等各方面有着广泛的应用。由于成像系统的像接收器(如CCD)不同响应单元之间转换效率不一致，以及光学结构渐晕特性等原因的影响，同一强度的目标在成像系统像面上不同位置成像时灰度响应输出并不相同，即存在响应非均匀性。无论是地基还是空间光学成像仪器，在投入使用前都要进行平场定标，并用定标数据校正图像存在的响应非线性。当前，广泛使用积分球光源对成像系统进行平场定标；在积分球上安装照明灯，光经内部漫反射涂料多次漫反射后，由表面开口出射亮度均匀、发散度好的光束。成像系统在积分球开口处对光束离焦成像，得到全视场响应图像，该图像中的不同响应单元的灰度数据的比值即代表像面不同位置的响应相对值，利用该定标得到的响应相对值图像矩阵，可以对成像系统进行平场校正。目前由于材料、工艺及技术的限制，无法采用上述常用积分球光源系统定标方法对真空紫外成像系统进行平场定标，主要存在以下困难一、该波段没有能够使用的涂料作为积分球内壁漫反射涂层；二、该波段光源体积较大，不能作为积分球照明灯用；三、该波段成像仪器一般都是单色或窄带波长成像，平场定标时需要对光束进行光谱分光；四、该波段成像仪器必须在真空条件下进行平场定标。因此真空紫外波段成像系统的平场定标工作是一个尚未解决的问题。
发明内容
本发明为解决现有由于材料、工艺及技术的限制，无法实现对真空紫外成像系统进行平场定标的标问题，提供一种真空紫外波段成像系统的平场定标方法。真空紫外波段成像系统的平场定标装置，该装置包括真空罐、真空紫外单色仪、四维运动平台、准直反射镜和待定标成像系统，所述真空紫外单色仪包括入射狭缝、光栅室、出射狭缝和针孔；所述四维运动平台、准直反射镜和待定标成像系统设置在真空罐内，所述待定标成像系统固定在四维运动平台上，真空紫外空心阴极光源光束经真空紫外单色仪的入射狭缝进入光栅室分光，出射狭缝处设置针孔，分光后的光束依次经出射狭缝和针孔后经准直反射镜变为平行光束；所述平行光束在待定标成像系统上成像。真空紫外波段成像系统的平场定标方法，该方法由以下步骤实现步骤一、调整真空紫外单色仪扫描波长至成像系统的工作波段；真空紫外空心阴极光源的光束由入射狭缝进入光栅室分光后，经出射狭缝出射单色光；单色光依次经针孔和准直反射镜后变为平行的准直光束；步骤二、调整四维运动平台，使待定标成像系统的入瞳中心与准直反射镜出射的准直光束的中心重合；
步骤三、确定待定标成像系统对像面响应相对值的采样密度及视场扫描的角度步长，调整四维运动平台的方位转动轴和俯仰转动轴，使针孔成像在待定标成像系统像面的不同位置；获得多幅小孔图像；步骤四、提取每幅小孔图像中针孔像的位置及灰度，生成针孔像的合成图像，计算合成图像中像面上不同位置的像元灰度相对于像面中心的像元灰度的响应相对值；然后通过插值方式获得像面上未采样位置的像元灰度相对于像面中心的像元灰度的响应相对值，最终获得整个像面的响应相对值图像矩阵，实现真空紫外波段成像系统的平场定标。本发明的工作原理本发明通过同一针孔成像在像面不同位置完成对成像系统像面响应相对值的采样，得到平场定标数据。该方法采用真空紫外空心阴极光源及真空紫外单色仪获取目标波长定标光束；通过准直反射镜将单色仪后方针孔模拟成无限远成像目标；真空罐内运动平台旋转使得带定标成像系统以不同的视场角接受平行光，使针孔成像在像面上不同位置；以插值方式得到视场扫描所未覆盖像面上的位置得灰度响应；以视场中心灰度响应为标准，计算不同位置的相对响应值，得到平场定标结果。该定标方法有效解决了目前真空紫外波段成像系统的平场定标问题。本发明的有益效果本发明所述的方法不需要使用积分球，在现有的技术条件下能有效完成真空紫外成像仪器的平场定标，有别于积分球一次离焦成像完成全视场定标的方法，本发明提出的定标方法的核心思想是通过视场扫描的方式，获取成像系统像面上不同位置对同一目标的在焦灰度响应。
图1为本发明所述的真空紫外波段成像系统平场定标的方法的定标系统示意图。图中1、真空紫外空心阴极光源，2、真空紫外单色仪，3、入射狭缝，4、单色仪光栅室，5、出射狭缝，6、针孔，7、真空罐，8、准直反射镜，9、四维运动平台，10、方位转动轴，11、俯仰转动轴，12、待定标成像系统，13、工控机。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图1说明本实施方式，真空紫外波段成像系统的平场定标装置该装置包括光源系统、真空紫外单色仪2、准直反射镜8以及四维运动平台9 ;采用真空紫外空心阴极光源，根据波长需要选择不同的稀有气体(氦气、氩气、氖气等)作为放电气体；真空紫外单色仪2将光源光束分光得到所需波长单色光束，并在其出射狭缝5处安置一个针孔6作为成像目标；准直反射镜8焦平面与针孔6的位置重合；安装待定标成像系统12时，应保持其待定标成像系统12的入瞳中心与四维运动平台9的方位转动轴10和俯仰转动轴11的中心重合。本实施方式还包括工控机13，所述四维运动平台9在方位和俯仰方向由工控机13进行驱动。所述待定标成像系统12的入瞳中心与四维运动平台9的方位转动轴10和俯仰转动轴11的转动中心重合。
具体实施方式
二、本实施方式为具体实施方式
一所述的真空紫外波段成像系统的平场定标装置的定标方法，该方法由以下步骤实现一、真空紫外空心阴极光源I需要稳定半小时后再进行定标；
二、调整四维运动平台9的水平、垂直平动，使得待定标成像系统12的入瞳中心与平行光束的中心重合；三、根据待定标成像系统12的定标需求，设计好对像面响应相对值的采样密度，确定好视场扫描的角度步长；并根据设计的视场扫描的角度步长，调整四维运动平台9的方位、俯仰，使得针孔成像在像面不同的位置；四、提取每幅图像中针孔像的位置及灰度生成一幅包含所有针孔像的合成图，对针孔之间的未采样区域进行灰度插值；所有像元灰度除以中心像元灰度，得到平场定标数据，利用该定标数据可以对成像系统进行平场校正。
具体实施方式
三、本实施方式为具体实施方式
二所述的真空紫外波段成像系统平场定标的方法的实施例该实施例的具体过程为一、真空罐(7)及真空紫外单色仪(2)抽真空，真空度满足成像系统工作条件；二、打开真空紫外空心阴极光源(1)，光源稳定一段时间至其供电电源的电流、电压输出稳定。该光源通过使用不同的稀有气体(氦气、氩气、氖气等)，能发出不同波长、强度稳定性较好的真空紫外光，且可以通过控制电源电流及光源进气气压调节光源强度；三、真空紫外单色仪(2)扫描波长至成像系统工作波段；光源光束由入射狭缝(3)进入光栅室(4)分光后，经出射狭缝(5)出射工作波段单色光；四、紧贴单色仪出射狭缝安置针孔(6)，作为平场定标成像目标；五、通过该针孔的光束经准直反射镜(8)后成平行光，安装时确保该反射镜的焦点与针孔位置重合，将针孔模拟为无穷远成像目标；六、四维运动平台(9)通过水平、垂直方向平动使得成像系统(12)入瞳中心与准直光束中心大致重合，保证视场扫描时入瞳与光束的相对位置基本不变化；七、计算使用针孔像对成像系统像面扫描采样时，运动平台的扫描角度步长；假设像面上有效响应单元为NXN，对应成像系统的视场为Θ，像面针孔像扫描采样间隔为d，则采样点的个数为(M+l) X (M+1)(其中M=N/d)，因此从针孔像一个采样位置移至下一采样位置时,运动平台在方位或俯仰方向需要转动角度ω= Θ /d ；八、根据上一步的计算，由工控机(13)驱动运动平台在方位、俯仰方向以转动角度ω逐次转动，使得针孔像按照设计以相同的曝光时间成像在像面上不同位置，得到(M+l) X (Μ+1)小孔图像;九、使用ENVI图像处理软件读取每幅图像中针孔峰值响应灰度及其像元坐标位置，将所有针孔像合成在一幅图像中；十、以合成图像中心针孔灰度为除数，其它位置针孔灰度与其相除，得到成像系统像面上不同位置相对于像面中心的响应相对值；十一、可以根据具体成像系统响应变化的程度，设计以不同的针孔像采样密度对其像面进行采样；十二、通过插值方式得到像面上未采样位置相对于视场中心的响应相对值，从而获得整个像面的响应相对值图像矩阵，即完成平场定标；十三、使用响应相对值图像矩阵对成像系统拍摄图像进行平场校正。
权利要求
1.真空紫外波段成像系统的平场定标装置，该装置包括真空罐(7)、真空紫外单色仪(2)、四维运动平台(9)、准直反射镜(8)和待定标成像系统(12)，所述真空紫外单色仪(2)包括入射狭缝(3)、光栅室(4)、出射狭缝(5)和针孔(6);其特征是，所述四维运动平台(9)、准直反射镜(8)和待定标成像系统(12)设置在真空罐(7)内，所述待定标成像系统(12)固定在四维运动平台(9)上，真空紫外空心阴极光源(I)光束经真空紫外单色仪(2)的入射狭缝(3)进入光栅室(4)分光，出射狭缝(5)处设置针孔(6)，分光后的光束依次经出射狭缝(5)和针孔(6)后经准直反射镜(8)变为平行光束；所述平行光束在待定标成像系统(12)上成像。
2.根据权利要求1所述的真空紫外波段成像系统的平场定标装置，其特征在于，还包括工控机(13)，所述四维运动平台(9)在方位和俯仰方向由工控机(13)进行驱动。
3.根据权利要求1所述的真空紫外波段成像系统的平场定标装置，其特征在于，所述待定标成像系统(12)的入瞳中心与四维运动平台(9)的方位转动轴(10)和俯仰转动轴(11)的转动中心重合。
4.基于权利要求1所述的真空紫外波段成像系统的平场定标装置的定标方法，其特征是，该方法由以下步骤实现 步骤一、调整真空紫外单色仪(2)扫描波长至成像系统的工作波段；真空紫外空心阴极光源(I)的光束由入射狭缝(3)进入光栅室(4)分光后，经出射狭缝(5)出射单色光；单色光依次经针孔(6)和准直反射镜(8)后变为平行的准直光束； 步骤二、调整四维运动平台(9)，使待定标成像系统(12)的入瞳中心与准直反射镜(8)出射的准直光束的中心重合； 步骤三、确定待定标成像系统(12)对像面响应相对值的采样密度及视场扫描的角度步长，调整四维运动平台(9)的方位转动轴(10)和俯仰转动轴(11)，使针孔成像在待定标成像系统(12)像面的不同位置；获得多幅小孔图像； 步骤四、提取每幅小孔图像中针孔像的位置及灰度，生成针孔像的合成图像，计算合成图像中像面上不同位置的像元灰度相对于像面中心的像元灰度的响应相对值；然后通过插值方式获得像面上未采样位置的像元灰度相对于像面中心的像元灰度的响应相对值，最终获得整个像面的响应相对值图像矩阵，实现真空紫外波段成像系统的平场定标。
5.根据权利要求4所述的真空紫外波段成像系统的平场定标方法，其特征在于，所述真空紫外空心阴极光源(I)采用稀有氦气、氩气或氖气作为放电的气体光源。
6.根据权利要求4所述的真空紫外波段成像系统的平场定标方法，其特征在于，所述待定标成像系统(12)安装在四维运动平台(9)上，且待定标成像系统(12)的入瞳中心与四维运动平台(9)的方位转动轴(10)和俯仰转动轴(11)的转动中心重合。
7.根据权利要求4所述的真空紫外波段成像系统的平场定标方法，其特征在于，所述四维运动平台(9)在方位和俯仰方向由工控机(13)进行驱动。
全文摘要
真空紫外波段成像系统的平场定标装置及平场定标方法，涉及真空紫外波段成像系统的平场定标装置及方法，解决现有由于材料、工艺及技术的限制，无法实现对真空紫外成像系统进行平场定标的标问题，本发明通过采用真空紫外空心阴极光源及真空紫外单色仪获取目标波长定标光束；通过准直反射镜将单色仪后方针孔模拟成无限远成像目标；真空罐内运动平台旋转使得带定标成像系统以不同的视场角接受平行光，使针孔成像在像面上不同位置；以插值方式得到视场扫描所未覆盖像面上的位置得灰度响应；以视场中心灰度响应为标准，计算不同位置的相对响应值，得到平场定标结果。本发明解决目前真空紫外波段成像系统的平场定标问题。
文档编号G01M11/00GK103033338SQ20121053650
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者何玲平, 陈波, 王晓光 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所