CN100365400C - 成像光谱仪的像面检校装置 - Google Patents

Abstract

一种成像光谱仪的像面检校装置，适合于成像光谱仪装配及校准。其包括计算机以及依次成光路连接的物屏、平行光管、成像镜头、分光计和CCD面阵探测器，并还有成闭路控制的后接该CCD面阵探测器的步进扫描结构与设在该计算机上的检校处理模块。本发明直接利用光谱仪的面阵CCD探测部件，使用可程控平移台及专用的检校软件，高精度地检测出成像各波段的焦面位置，从而分析出面阵CCD探测器的放置位置及倾角，保证光谱仪成像波段总体分辨率最佳。

Description

成像光谱仪的像面检校装置

技术领域

本发明涉及一种成像光谱仪的像面检校装置，特别是指一种推帚式光谱成像仪的高精度像面检校装置。

背景技术

成像光谱仪是近年来随着对地观测的需要和光电技术的进步而发展起来的新一代遥感仪器，它将传统二维成像遥感技术与光谱仪技术有机结合在一起，能在获取所观测对象二维空间信息的同时，以高光谱分辨率获取目标的光谱图像。由于所获得的光谱图像数据中含有与被观测目标组分有关的光谱信息，可以揭示地物的光谱特性、存在状况以及物质成分，从而使直接识别成像目标成为可能，因此，在大气、海洋和陆地等观测中得到广泛的应用。

推帚式成像光谱仪根据推帚成像和光栅分光的原理，利用大型焦平面面阵探测器制成，与光机扫描式成像光谱仪相比具有体积小、结构简单、信噪比高、光谱分辨率高等优点。推帚式光谱仪能在同一时间获取窄长地物带的空间及光谱信息，此时，面阵探测器中的一维完成空间成像，称之为空间维，而另一维完成光谱成像，称之为光谱维，再经由飞行平台的向前运动就能完成大范围的扫描成像。

窄长条带地物反射的太阳光经分光计分光后，不同波长的光会聚于焦平面探测器的不同位置，最终得到按空间和光谱维排列的图像，但是，由于色差的存在，不同波长的光经系统后其焦面位置并不完全一致，这在很大程度上影响着部分光谱段的分辨能力。因此，在成像光谱仪的研制过程中，特别是在系统装校阶段，当系统分部件都已设计并加工完成时，面阵探测器的放置位置及方式如何在最大程度上同时符合各波段焦面位置的要求便成为当前需要解决的关键问题。传统方法一般采用平行光管模拟无穷远地物，使用读数显微镜量测出系统的焦面位置，以这个焦面位置为基础微调面阵探测器至一个相对理想的位置，这种方法的缺点在于使用目视光学系统量测及判断，受个人主观因素影响较大，同时该调校方法也不能最大程度上解决部分光谱波段分辨率下降的问题。

发明内容

综上所述，如何克服现有检校方法存在的受检验者主视因素影响，以及难以解决部分光谱波段分辨率下降缺点，乃是本发明所要解决的技术问题，因此本发明的目的在于提供一种高精度像面检校装置，实现对成像光谱仪光谱域内各波段焦面位置的高精度检测，通过分析处理检测结果以确定面阵探测器的放置位置及方式，从而最大程度上满足各波段最高成像分辨率的要求，弥补现有方法存在的缺陷，从而使成像光谱仪分辨率性能最优化。

本发明的技术解决构思如下：

一种高精度像面检校装置，其特点是由步进面阵探测器扫描检测出成像域各波段的焦面位置，综合分析处理检测结果，拟合出面阵探测器最佳放置位置及倾角。具体实现途径如下：

1.采用步进扫描探测器的检测出成像域中各波段的最佳焦面位置。采用连续光源，将面阵CCD以足够小的步长移动，由检校处理程序记录下位置及该位置对应的信号值，处理计算各波段信号最大时各自所对应的位置，即为各波段的最佳焦面位置。

2.分析、处理各波段所对应的最佳焦面位置，拟合出面阵探测器最佳放置位置及倾角。

3.根据检校处理软件分析的结果精修装置，由装置保证面阵探测器处于各波段总体成像分辨率最佳位置。

综上所述，本发明的成像光谱仪的高精度像面检校装置，包括计算机、以及依次成光路连接的物屏、平行光管、成像镜头、分光计和CCD面阵探测器，特点是，还有成闭环回路控制的步进扫描结构和检校处理模块，该步进扫描结构调节该CCD面阵探测器的放置方位和倾角；该检校处理模块设在该计算机上，并由驻留在该计算机上的检校程序控制。

所述的检校处理模块包括依次连接的步进扫描开始位置、终止位置及扫描步长设定单元、图像采集输入单元、多幅积分减噪单元、各波段焦面分析单元和面阵探测器的理想放置位置及倾角分析单元。

本发明的优点在于：

采用步进扫描探测器以及软件分析处理来检测成像焦面的方法，使检测工作强度大大降低，而且检测精度有显著提高；软件综合处理所得的探测器放置位置及倾角，能在最大程度上满足了各成像波段的分辨率要求，保证成像光谱仪分辨率整体最优。

附图说明

图1为本发明成像光谱仪高精度像面检校装置构成原理图。

图2为本发明检校处理主程序流程图。

图3为本发明中的检校处理模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图3给出本发明一个较好实施例，并予以进一步详细说明：

先请参阅图1，图1是本发明成像光谱仪高精度像面检校装置的构成图，如图所示，其中的步进扫描结构6由可程控平移扫描以及相关固定结构件组成。图2是本发明检校处理主程序流程图，启动程序开始工作后初始化并启动CCD面阵探测器5进行图像采集，等待扫描初始位置、扫描终止位置及扫描步长信息输入后开始记录图像数据，直至到达扫描终止位置，停止图像数据采集，之后，通过分析处理获得的图像数据，得出各波段的焦面位置及面阵探测器5的理想放置位置与放置倾角，由此精修结构保证面阵探测器最终处于最佳放置位置和倾角。

其工作情况如图1～图3所示：物屏1发出的光，通过平行光管2后成为平行光，进入成像镜头3聚焦在分光计4的窄缝上，再经分光计4分光使不同波长的光以不同倾角出射从而聚焦于CCD面阵探测器5不同位置。首先将CCD面阵探测器5固定于步进扫描结构6上，步进扫描结构6位于初始扫描位置，由计算机7和检校处理模块8控制步进扫描结构6的扫描。计算机7操控按如图2所示的检校处理程序100进行。步骤101，开启程序100，检校处理功能模块8开始工作；步骤102扫描初始位置和扫描终止位置及扫描步长单元81由操作者在检校开始时输入设定数据，步骤103～106，采集记录下不同位置处的CCD面阵探测器5的图像，步进扫描结束后执行步骤107、108，由计算机7和检校处理模块8分析处理出各波段的最佳焦面位置及CCD面阵探测器5的最佳放置位置和倾角。

如图3所示，检校处理功能模块8包括依次连接的步进扫描开始位置、终止位置及扫描步长设定单元81、图像采集输入单元82、多幅积分减噪单元83、各波段焦面分析单元84和面阵探测器5的理想放置位置及倾角分析单元85。如图所示，检校处理功能模块8经由计算7的I/O接口71而与步进扫描结构6和CCD面阵探测器5之联结体成双向连接——图像信号输入信号和对步进扫描结构6的控制输出信号

Claims (2)

1.一种成像光谱仪的像面检校装置，包括计算机(7)；以及依次成光路连接的物屏(1)、平行光管(2)、成像镜头(3)、分光计(4)和CCD面阵探测器(5)，其特征在于：还有成闭环回路控制的调节该CCD面阵探测器(5)的焦面放置方位的步进扫描结构(6)和设在该计算机(7)上的检校处理模块(8)。

2.根据权利要求1所述的成像光谱仪的像面检校装置，其特征在于：所述的检校处理模块(8)包括依次连接的步进扫描开始位置、终止位置及扫描步长设定单元(81)、图像采集输入单元(82)、多幅积分减噪单元(83)、各波段焦面分析单元(84)和面阵探测器的理想放置位置及倾角分析单元(85)。

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