干涉型高光谱成像仪的定标方法由于原理复杂又很重要,是获得高精度数据的重要环节,因此要参考其他类型的光谱仪的定标方法。如色散型光谱成像仪、CCD相机的定标技术发展早,技术成熟,具有许多可供借鉴的经验[4]。79543

CCD相机、色散型成像光谱仪和干涉型成像光谱仪定标原理的异同点归纳如下:

1)CCD相机仅具有成像功能所以只能实现辐射定标功能。它综合输出不同谱段光谱辐射信息,无法分谱段获得辐射信息。色散型光谱成像仪和干涉型光谱成像仪即可以成像,又可以分谱段收集辐射信息。所以他们可以进行辐射定标和光谱定标,得到三维数据立方体。

2)色散型光谱成像仪是一种探测器直接获取目标的光谱辐射强度的仪器。干涉型光谱成像仪探测器直接获得的是干涉图,经过傅立叶变换后,间接获取目标的光谱辐射强度。

3)色散型光谱成像仪和CCD相机的绝对定标和相对定标过程统一,两者同时完成。干涉型光谱成像仪绝对定标和相对定标过程分离,需要对干涉图先进行相对定标,再通过傅里叶变化完成绝对辐射定标。论文网

到目前为止,光谱成像仪的定标技术已发展形成了许多种类。

根据使用的环境可以划分为:包括实验室定标(Laboratory Calibration)和野外定标(Preflight Field Calibration)的发射前定标(Pre-flight Calibration or Pre-launch Calibration)。分为星上内定标(In-flight Calibration or On-orbit Calibralion)和替代定标(Vicarious Calibration)的发射后定标(Post-launch Calibration)。分为辐射场定标(Ground-based Calibration)和交叉定标(Cross Calibration) 的替代定标[5]。

根据定标内容划分为:光谱定标(Spectral Calibration)和辐射定标(Radiometric Calibration)。辐射定标分为相对辐射定标(Relative Radiometric Calibration)和绝对辐射定标(Absolute Radiometric Calibration) [5]。

光谱定标是辐射定标的基础和前提。光谱定标包括确定中心波长的位置、确定带宽、建立光谱响应函数。相对辐射定标是对不同时间、不同探测器、不同像元、不同波段等获得的光谱信息进行校准和归一化处理,以此来提高测量的精度。绝对辐射定标是目标所包含的光谱信息与探测器之间对应的绝对数据量化关系。

成像光谱仪的定标系统国内外研究现状各不相同。国外起步比较早,能够针对不同的光谱仪设计并应用相应的标定技术来达到高效率、高准确率的目的。国内虽然起步较晚,但是也取得了长足的进步。国内的光谱标定技术主要采取单色仪和平行光管结合的方式,也可以基本满足定标要求。下面以AVIRIS、APEX、OMIS为例来介绍国内外光谱定标技术的发展状况。

AVIRIS[6]是美国JPL实验室为了遥感探测设计的机载推扫式光谱成像仪。它的主要性能参数为:光谱范围是0。4至2。45微米、光谱分辨率是10纳米、视场角为30度、飞行高度20千米等。它主要包括四台搭载在飞机上的光谱成像仪组成。飞机飞行时,扫描镜来回扫描。使用线阵探测器,一次可以得到400平方米的空间信息和224个谱段的光谱信息。它主要由光电系统组成,其中扫描镜、星上定标光源和四台光谱成像仪构成光学系统。电子系统主要起到数字信号的放大、缓冲、控制和稳定等作用。 AVIRIS系统

AVIRIS的光谱定标主要内容为:复原光谱分布曲线、确定半宽高和各谱段之间中心波长的采样间隔。主要步骤为:标定单色仪、调整单色仪与待测光谱仪准直、计算不同通道的光谱响应、计算各个谱段的中心波长和不确定度。

欧洲研制了Airborne Prism Experiment成像光谱仪后,建立了一个定标基地为它服务。APEX[7]是色散推扫型光谱仪,其定标操作在一个花岗岩测试平台上进行。平台中间安置平面反射镜来对左右侧的测量进行切换。左侧是光谱定标装置,右侧是几何定标装置,几何定标装置的加入,使得定标效率得到提升。光谱定标系统中的光源使用100至150瓦的卤钨灯,波长在0。38至12。5微米之间。由于APEX采用推扫的方式成像,所以需要对大量的像元进行定标,其数量可以通过反射镜来确定。光谱标定利用单色仪波长扫描来完成。这一定标系统有望在将来改进为适用于各种不同类型光谱成像的装置。

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