CN104316184B - 一种光谱定标方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光谱定标方法及装置，其中，光谱定标方法包括将光源在待定标谱段进行分光得到单色光并传输给积分球，获得从所述积分球出射的单色光的波长位置；将从所述积分球出射的单色光输入给光谱成像仪，获得所述光谱成像仪的响应输出值；根据所述积分球出射的单色光的波长位置与所述光谱成像仪的响应输出值，确定所述光谱成像仪在待定标谱段的中心波长位置和光谱带宽。利用单色积分球替代传统光谱定标中用到的平行光管，提高出瞳口径，一次采集即可完成，避免了常规方法中平行光管视场太小，需要分视场进行标定费时费力的不足。

Description

一种光谱定标方法及装置

技术领域

本发明涉及光谱成像仪的光谱定标技术领域，尤其涉及一种光谱定标方法及装置。

背景技术

光谱成像技术可以同时获取目标的二维空间信息和一维光谱信息，在民用和军用领域得到了广泛应用。根据分光方式不同，光谱成像技术可以分为色散型、干涉型、可调谐滤光片型、计算层析型等。其中色散型光谱成像技术比较成熟，应用也最为广泛,但由于光学系统装调误差的存在，其谱线弯曲(smile效应)较大，因此，需要对每个像元进行精确的光谱定标，确定每个像元的光谱中心波长位置和系统的光谱采样间隔。

关于色散型光谱成像仪的光谱定标方法有波长扫描法和特征光谱定标法。波长扫描法利用单色仪连续输出单色准直光，可同时实现宽光谱范围的波长和带宽标定。特征光谱定标法利用汞灯、钠灯等的发射谱线，只能实现某些通道的波长标定，实现不了光谱带宽的标定。

示例性的，波长扫描法中使用平行光管，利用单色仪以一定的扫描步长在光谱成像仪的光谱范围进行扫描，光谱成像仪连续记录输出数据及其对应的波长，从而得到每一个像元的波长与探测器输出的响应值即DN值间的关系曲线，对其进行高斯拟合，就可以计算出每个通道的中心波长和光谱采样间隔，但是，由于波长扫描法中普通平行光管视场角很小，一般只有1度左右，对于大视场光谱成像仪的标定需要分视场进行，会增加数据采集以及处理的次数和时间。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种光谱定标方法及装置，实现大视场色散型光谱成像仪的光谱定标效果。

本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

一种光谱定标方法，包括：

将光源在待定标谱段进行分光得到单色光并传输给积分球，获得从所述积分球出射的单色光的波长位置；

将从所述积分球出射的单色光输入给光谱成像仪，获得所述光谱成像仪的响应输出值；

根据所述积分球出射的单色光的波长位置与所述光谱成像仪的响应输出值，确定所述光谱成像仪在待定标谱段的中心波长位置和光谱带宽。

一种光谱定标装置，包括光源、可调谐滤波器及控制器和积分球：

所述控制器控制所述可调谐滤波器将所述光源的出射光按光谱位置进行分光得到单色光，获得从所述积分球出射的单色光的波长位置；

所述可调谐滤波器将所述单色光传输给所述积分球。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，利用单色积分球提高出瞳口径，一次采集即可完成，适用于大视场色散型光谱成像仪的光谱定标，避免了常规方法中平行光管视场太小，需要分视场进行标定费时费力的不足。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例光谱定标方法的流程示意图。

图2为本发明实施例光谱定标装置的构成示意图。

图3为本发明实施例光谱定标方法的应用流程示意图。

图4为本发明实施例光谱定标方法中波长位置与DN值间的响应曲线图。

图5为本发明实施例光谱定标方法中对波长位置与DN值响应曲线做Gauss曲线拟合后的示意图。

具体实施方式

下面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，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种光谱定标方法，包括：

11、将光源在待定标谱段进行分光得到单色光并传输给积分球，获得从所述积分球出射的单色光的波长位置。

12、将从所述积分球出射的单色光输入给光谱成像仪，获得所述光谱成像仪的响应输出值。

13、根据所述积分球出射的单色光的波长位置与所述光谱成像仪的响应输出值，确定所述光谱成像仪在待定标谱段的中心波长位置和光谱带宽。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，针对色散型光谱成像仪的光谱定标，采用基于单色积分球的光谱定标方案，利用单色积分球替代传统光谱定标中用到的平行光管，提高出瞳口径，一次采集即可完成，避免了常规方法中平行光管视场太小，需要分视场进行标定费时费力的不足。

具体的，所述将光源在待定标谱段进行分光得到单色光，可以包括:

通过控制器控制可调谐滤波器将光源的出射光按光谱位置进行分光得到单色光。

进一步的，所述通过可调谐滤波器将光源的出射光按光谱位置进行分光得到单色光，可以包括:

以预定步长调节可调谐滤波器，选择数个波长进行过分光输出单色光，所述预定步长为1nm-2nm。

可选的，光源可以为宽谱段光源，所述宽谱段光源可以包括白光激光器、钨灯或者氙灯。

宽谱段光源，可调谐滤波器及控制器和积分球配合输出为单色光，因此，四者构成为单色积分球。

本领域技术人员可以理解，宽谱段光源，其作用是产生宽光谱的连续辐射。根据光谱成像仪的波长范围，可选用市面上现有的不同类型的白光激光器，如Fianium公司生产的SC-400，SC-450等。

本领域技术人员可以理解，可调谐滤波器的作用是按指定光谱位置对宽谱段光源进行分光，控制器与可调谐滤波器配套使用，实现波长位置的选择，根据波长范围及波长位置精度，市面上有多种滤波器可供选择。

本领域技术人员可以理解，可调谐滤波器的类型不受限制，如光束干涉型，光栅型等。

可见，可调谐滤波器输出的光即为单色光，可以通过扩束镜扩束后进入积分球，经过积分球内壁的多次反射后，积分球的出射光即为均匀单色光。

将光谱成像仪入瞳对准积分球出瞳，通过光谱成像仪的数据采集系统采集光谱成像仪对积分球出射光的响应，绘制波长位置与光谱成像仪响应值即DN值之间的关系曲线，计算光谱成像仪每个像元对应的中心波长和光谱带宽。

可选的，光谱成像仪可以为视场角大于1度的大视场色散型光谱成像仪。

本领域技术人员可以理解，一般光谱成像仪的视场在1度左右，可以称为小视场光谱成像仪，相对而言其它光谱成像仪则称为大视场光谱成像仪，小视场光谱成像仪和大视场光谱成像仪是相对概念，并不应严格限制。

本领域技术人员还可以理解，本发明实施例光谱定标方法，也适用于对小视场光谱成像仪。

如图2所示，对应上述实施例光谱定标方法，本发明实施例提供一种光谱定标装置，包括光源21、可调谐滤波器22及控制器23和积分球24：

控制器23控制可调谐滤波器22将光源21的出射光按光谱位置进行分光得到单色光；

可调谐滤波器23将单色光传输给积分球24。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，针对色散型光谱成像仪的光谱定标，采用基于单色积分球的光谱定标方案，利用单色积分球替代传统光谱定标中用到的平行光管，提高出瞳口径，一次采集即可完成，避免了常规方法中平行光管视场太小，需要分视场进行标定费时费力的不足。

可选的，本发明实施例光谱定标装置还可以包括光谱成像仪25、数据采集系统26及处理装置27：

光谱成像仪25，可以用于将积分球出射的单色光作为输入；

数据采集系统26：可以用于采集光谱成像仪输入的单色光的波长位置，以及采集光谱成像仪的响应输出值；

处理装置27，可以用于根据积分球出射的单色光的波长位置与光谱成像仪的响应输出值，确定光谱成像仪在待定标谱段的中心波长位置和光谱带宽。

具体的，控制器还可以用于控制可调谐滤波器以预定步长调节可调谐滤波器，选择数个波长进行分光输出单色光，预定步长为1nm-2nm。

可选的，光源可以为宽谱段光源，宽谱段源可以包括白光激光器、钨灯或者氙灯。

可选的，可调谐滤波器输出的光即为单色光，可以通过扩束镜扩束后进入积分球。

宽谱段光源，可调谐滤波器及控制器和积分球配合输出为单色光，因此，四者构成为单色积分球20。

本领域技术人员可以理解，宽谱段光源，其作用是产生宽光谱的连续辐射。根据光谱成像仪的波长范围，可选用市面上现有的不同类型的白光激光器，如Fianium公司生产的SC-400，SC-450等。

本领域技术人员可以理解，可调谐滤波器的作用是按指定光谱位置对宽谱段光源进行分光，控制器与可调谐滤波器配套使用，实现波长位置的选择，根据波长范围及波长位置精度，市面上有多种滤波器可供选择。

本领域技术人员可以理解，可调谐滤波器的类型不受限制，如光束干涉型，光栅型等。

本领域技术人员可以理解，处理装置可以是具有数据处理能力的设备，如PC(Personal Computer，个人计算机)。

可见，可调谐滤波器输出的光即为单色光，可以通过扩束镜扩束后进入积分球，经过积分球内壁的多次反射后，积分球的出射光即为均匀单色光。

将光谱成像仪入瞳对准积分球出瞳，通过光谱成像仪的数据采集系统采集光谱成像仪对积分球出射光的响应，绘制波长位置与光谱成像仪响应值即DN值之间的关系曲线，计算光谱成像仪每个像元对应的中心波长和光谱带宽。

可选的，光谱成像仪可以为大视场色散型光谱成像仪。

本领域技术人员可以理解，一般光谱成像仪的视场在1度左右，可以称为小视场光谱成像仪，相对而言其它光谱成像仪则称为大视场光谱成像仪，小视场光谱成像仪和大视场光谱成像仪是相对概念，并不应严格限制。

本领域技术人员还可以理解，本发明实施例光谱定标方法，也适用于对小视场光谱成像仪。

如图3所示，选择单色积分球由白光激光器，可调谐滤波器及控制器和积分球组成，以下具体说明本发明实施例光谱定标方法：

31、以一定步长调节可调谐滤波器。

控制器以一定步长调节可调谐滤波器可选择1nm-2nm步长，选择数个波长，输出单色光。

可调谐滤波器输出的光即为单色光，可以通过扩束镜扩束后进入积分球，经过积分球内壁的多次反射后，积分球的出射光即为均匀单色光。

32、测出待测光谱成像仪对上述波长的响应值即DN值。

将光谱成像仪入瞳对准积分球出瞳，通过光谱成像仪的数据采集系统采集光谱成像仪对积分球出射光的响应，从而可以绘制波长位置与光谱成像仪响应值即DN值之间的关系曲线。

33、绘制波长位置与DN值间的响应曲线图。

示例性的，如图4所示，处理装置处理得到的波长位置与DN值间的响应曲线图。

34、对波长位置与DN值响应曲线做Gauss曲线拟合。

示例性的，如图5所示，处理装置对波长位置与DN值响应曲线做Gauss曲线拟合得到的示意图。

本领域技术人员可以理解，波长位置与DN值响应曲线做Gauss曲线拟合的实现方式，在此不作赘述。

35、拟合值峰值所对应的波长位置即为该像元对应的中心波长，该曲线的半峰全宽即为光谱带宽。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种光谱定标方法，其特征在于，包括：

将光源在待定标谱段进行分光得到单色光并传输给积分球，获得从所述积分球出射的单色光的波长位置；

将从所述积分球出射的单色光输入给光谱成像仪，获得所述光谱成像仪的响应输出值；

根据所述积分球出射的单色光的波长位置与所述光谱成像仪的响应输出值，确定所述光谱成像仪在待定标谱段的中心波长位置和光谱带宽。

2.根据权利要求1所述的光谱定标方法，其特征在于，所述将光源在待定标谱段进行分光得到单色光，包括:

通过控制器控制可调谐滤波器将光源的出射光按光谱位置进行分光得到单色光。

3.根据权利要求2所述的光谱定标方法，其特征在于，所述通过可调谐滤波器将光源的出射光按光谱位置进行分光得到单色光，包括:

以预定步长调节可调谐滤波器，选择数个波长进行过分光输出单色光，所述预定步长为1nm-2nm。

4.根据权利要求1或2或3所述的光谱定标方法，其特征在于，所述光源为宽谱段光源，所述宽谱段光源包括白光激光器、钨灯或者氙灯。

5.根据权利要求1或2或3所述的光谱定标方法，其特征在于，所述光谱成像仪为视场角大于1度的大视场色散型光谱成像仪。

6.一种光谱定标装置，其特征在于，包括光源、可调谐滤波器及控制器和积分球：

所述控制器控制所述可调谐滤波器将所述光源的出射光按光谱位置进行分光得到单色光，获得从所述积分球出射的单色光的波长位置；

所述可调谐滤波器将所述单色光传输给所述积分球；

所述光谱定标装置还包括光谱成像仪、数据采集系统及处理装置：

所述光谱成像仪，用于将所述积分球出射的单色光作为输入；

所述数据采集系统：用于采集所述光谱成像仪的响应输出值；

所述处理装置，用于根据所述积分球出射的单色光的波长位置与所述光谱成像仪的响应输出值，确定所述光谱成像仪在待定标谱段的中心波长位置和光谱带宽。

7.根据权利要求6所述的光谱定标装置，其特征在于，所述控制器还用于控制所述可调谐滤波器以预定步长调节可调谐滤波器，选择数个波长进行过分光输出单色光，所述预定步长为1nm-2nm。

8.根据权利要求6或7所述的光谱定标装置，其特征在于，所述光源为宽谱段光源，所述宽谱段源包括白光激光器、钨灯或者氙灯。

9.根据权利要求6或7所述的光谱定标装置，其特征在于，所述光谱成像仪为视场角大于1度的大视场色散型光谱成像仪。