一种编码光谱成像系统的定标方法及编码模板与流程

本发明涉及一种编码光谱成像系统，具体涉及一种编码光谱成像系统的定标方法及编码模板。

背景技术：

定标作为光谱成像系统设计的关键环节，决定着光谱信息被应用的精度。其主要包括光谱定标与辐射定标，而辐射定标又分为相对辐射定标和绝对辐射定标。

通常，辐射定标利用积分球或太阳光反射信号进行，以实验室的辐射定标为例，其主要通过积分球、钨灯源在实验室内部对光谱成像系统进行成像实验，根据对积分球所测的辐射能量和对积分球观测的成像图像，得到光谱成像系统各通道的辐射定标系数。

光谱定标则是利用单色仪对光学系统进行成像试验，获取每个波长下的光谱图像，然后以像元整个光谱幅值变化曲线为基准，采用拟合或插值等方法确定中心波长位置，然后，提取光谱维半高宽，作为光谱分辨率。

不同于传统的光谱成像系统，编码光谱成像系统是一种新型的计算型光谱成像系统，其特点是通过编码模板的编码调制获取观测目标光信号的调制观测，并利用图谱重构算法对调制观测数据进行复原，得到目标光谱数据，其具有多通道采样与高通量优势。

对于编码光谱成像系统来说，由于编码模板的存在，使得其系统光路变得特殊，无论是辐射定标还是光谱定标，其获取的目标图像都是编码图像或者多谱段混合编码图像，这种编码图像叠加了编码模板自身的信息，没法直接用于系统定标。

技术实现要素：

为了解决不能直接利用传统辐射或光谱定标方法对编码光谱成像系统定标的问题，本发明提出一种编码光谱成像系统的定标方法。

本发明的技术方案是提供一种编码光谱成像系统的定标方法，包括以下步骤：

步骤一：对应于探测器空间维，在编码模板相对两侧各增设一条带通条带；带通条设计为：带通条带的长对应于探测器空间维长度，带通条带的宽对应于探测器一个或多个像元宽度；

步骤二：辐射定标与光谱定标；

在进行(相对)辐射定标时，首先，利用积分球对成像系统进行成像观测，获得带通条带的成像观测f1和编码区域的成像观测f2，同时利用辐射度计采集积分球辐射强度g；

然后，对编码区域的成像观测信号f2进行图谱重构，获得重构光谱数据f22；

最后，利用带通条带的成像观测f1和重构光谱数据f22与辐射计采集的辐射数据g计算相对辐射定标系数k，具体计算满足如下关系式，

g＝k1.*f1

g＝k2.*f22

k＝0.5.*k1+0.5.*k2

其中k1为带通条带相对定标系数，k2为编码条带相对定标系数，.*表示点乘。

在进行光谱定标时，首先，利用单色仪对成像系统进行成像观测，获得每个波长下的带通条带的成像观测{f1}和每个波长下的编码区域的成像观测{f2}；

然后，对编码区域的成像观测信号{f2}进行图谱重构，获得重构光谱数据{f22}；

然后，以带通条带下的成像观测信号{f1}的某像元所有波长的光谱值构成的带通光谱曲线，和编码区域下的重构观测信号{f22}的某像元所有波长的光谱值构成的重构光谱曲线为基准，计算长条带像元(带通条带像元)的中心波长位置l1和编码区域像元(重构像元)的中心波长l2；这里，通过拟合光谱信号曲线并取其光谱曲线幅值最大值点的波长为中心波长。

最后，通过拟合带通条件下和编码区域下的各自光谱信号曲线，并分别计算拟合光谱曲线的半高宽，即带通条带像元的光谱维半高宽λ1和编码区域像元的光谱维半高宽λ2；最后，通过下式计算实际的光谱中心波长l和光谱分辨率λ；

l＝0.5*l1+0.5*l2

λ＝0.5*λ1+0.5*λ2。

本发明还提供一种编码模板，包括编码模板本体，其特殊之处在于：还包括设置在编码模板本体相对两侧的带通条带；所述带通条带与编码模板本体在同一平面，带通条带的长对应于探测器空间维长度，带通条带的宽对应于探测器一个或多个像元宽度。

进一步地，上述带通条带为长方形，长方形的长对应于探测器空间维长度1024，长方形的宽对应于探测器一个像元宽度。

本发明的有益效果是：

本发明通过在编码模板中增加带通条带，来定标非编码下的系统定标结果，并通过重构复原后的定标，标定编码下的系统定标结果，最后，将二者统一考虑，作为最后的编码光谱成像系统定标结果，该方法有效考虑了编码和非编码两种情况，以更合理的度量光学系统与编码之间的关系，提高编码型光谱系统定标的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例的具有带通条带的编码模板示意图；

图中附图标记为：1-编码模板本体，2-带通条带。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

本实施例中的编码光谱成像系统为单色散压缩编码光谱成像系统，从图1可以看出，本实施例中编码模板包括编码模板本体1及设置在编码模板1相对两侧的带通条带2，带通条带2与编码模板本体1在同一平面，带通条带2的长对应于探测器空间维长度1024，带通条带2的宽对应于探测器一个像元宽度。

具体通过如下过程实现单色散压缩编码光谱成像系统的定标：

1)、对应于探测器空间维，在编码模板两侧增设带通条带；带通条设计为：“长方形”，长方形的长对应于探测器空间维长度1024，长方形的宽对应于探测器一个像元宽度，即带通条带为1024*1；

2)、在进行(相对)辐射定标时：首先，利用积分球或太阳光反射信号对成像系统进行成像观测，获得带通条带的成像观测f1和编码区域的成像观测f2，同时利用辐射度计采集积分球辐射强度g；然后，对成像观测信号f2进行图谱重构，获得重构光谱数据f22；最后，利用带通条带的成像观测f1和重构光谱数据f22与辐射计采集的辐射数据g计算相对辐射定标系数k，具体计算满足如下关系式，

g＝k1.*f1

g＝k2.*f22

k＝0.5*k1+0.5*k2

其中，辐射强度和成像观测均是进过暗电流去除的，.*表示矩阵点乘。

在进行光谱定标时：首先，利用单色仪对成像系统进行成像观测，获得每个波长下的带通条带的成像观测{f1}和每个波长下的编码区域的成像观测{f2}；然后，对成像观测信号{f2}进行图谱重构，获得重构光谱数据{f22}；然后，以长条带像元(带通条带像元)观测数据{f1}和编码像元重构数据{f22}的整个光谱幅值变化曲线为基准，按像元计算，采用高斯拟合的方法，分别计算长条带像元的中心波长位置l1和编码区域像元的中心波长l2；然后，分别提取长条带像元的光谱维半高宽λ1和编码区域像元的λ2，最后，实际的光谱中心波长l和光谱分辨率λ如下：

l＝0.5*l1+0.5*l2

λ＝0.5*λ1+0.5*λ2。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种编码光谱成像系统，具体涉及一种编码光谱成像系统的定标方法及编码模板。通过在编码模板中增加带通条带，来定标非编码下的系统定标结果，并通过重构复原后的定标，标定编码下的系统定标结果，最后，将二者统一考虑，作为最后的编码光谱成像系统定标结果，该方法有效考虑了编码和非编码两种情况，以更合理的度量光学系统与编码之间的关系，提高编码型光谱系统定标的准确性。

技术研发人员：李立波;胡炳樑;闫鹏;唐兴佳;孙丽军;韩亚娟
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2018.09.14
技术公布日：2019.01.11