CN104535183B - 一种适用于热红外高光谱成像仪光谱定标系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于热红外高光谱成像仪的光谱定标系统，定标系统中，碳硅棒可以发出稳定的热红外辐射，经过聚焦镜、反射镜、扩束镜进入单色仪，经过单色仪分光之后出射高光谱分辨率的热红外辐射，被热红外高光谱成像仪接收，采用波长扫描法进行光谱定标，获得各个波段的光谱响应函数。碳硅棒对热红外高光谱成像仪进行波长扫描光谱定标之后，再以波长可调式CO2红外激光器发出的单色光束为光源，通过变换红外激光器的出射波长，选择波长可调式CO2激光器的多个特征波长，用特征波长光谱定标法对热红外高光谱成像仪进行绝对定标。本发明实现了高光谱分辨率的热红外高光谱成像仪的快速光谱定标，光谱定标误差达到1nm以下。

Description

一种适用于热红外高光谱成像仪光谱定标系统
技术领域
本发明涉及一种光谱定标系统，具体涉及一种应用红外激光器对热红外高光谱成像仪进行光谱定标的基于激光器的热红外高光谱成像仪光谱定标系统。
背景技术
热红外高光谱成像仪光谱分辨率高，其分辨率可达λ/100，具有图谱合一的特点，可以更加精细地刻画地物的辐射光谱特征。热红外高光谱图像不仅可以更加准确地反演地表温度，而且所反演的发射率曲线还可以用于地物分类。热红外高光谱图像在国土资源调查、生态环境研究、城市热环境研究、农业资源环境研究、水环境研究、海洋、冰冻圈研究等领域将会获得广泛的应用和令人满意的应用效果。
目前，关于热红外遥感的传感器以多光谱成像仪为主，该类传感器的光谱分辨率低，一般在数百纳米不等。对于多光谱成像仪的光谱定标可以采用黑体作为辐射光谱，并经准直和分光设备进行光谱定标。然而，这类光谱定标系统的定标精度目前还无法满足热红外高光谱成像仪的光谱定标需求(Δλ/10)。可以认为，目前还没有完全适用于对于热红外高光谱成像仪的光谱定标。因此，急需要设计和开发一个适用于热红外高光谱成像仪的光谱定标系统。碳硅棒可以发出稳定的热红外辐射，发光谱段范围广，可覆盖整个热红外波段，常作为热红外传感器光谱定标的光源。红外激光器所发出的光单色性强，光谱分辨率高，波长位置稳定，可以用于热红外高光谱成像仪的光谱位置的精确标定。
综上，将碳硅棒作为热红外高光谱成像仪的辐射光源，用波长扫描法进行光谱定标，获得各个波段的光谱响应函数，再以波长可调式CO2激光器作为光源，根据波长可调式CO2激光器特征波长惊醒光谱位置的绝对定标。该系统可以提高热红外高光谱成像仪的光谱定标精度，为热红外高光谱成像仪的研制提供技术支持。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于硅碳棒和波长可调式CO2激光器的热红外高光谱成像仪光谱定标系统，实现热红外高光谱成像仪的快速高精度光谱定标。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
热红外高光谱成像仪光谱定标系统包括硅碳棒1、波长可调式CO2红外激光器2、聚焦镜3、反射镜4、第一扩束镜5、单色仪6、第二扩束镜7。热红外高光谱成像仪8通过接单色仪出射的单色辐射，并通过计算机9记录热红外高光谱成像仪记录的图像。
本发明是基于硅碳棒辐射能量稳定，结合单色仪高精度，可高精度地绘制出光谱响应函数。再以波长可调式CO2激光器为光源用特征波长光谱定标法进行光谱绝对定标。
本发明的工作原理是，硅碳棒1发出热红外辐射经过聚焦镜3、反射镜4经第一扩束镜5形成平行光，进入响应范围为8-14μm热红外波段的单色仪6分光之后，出射高光谱分辨率(小于1nm)的热红外辐射，再经过第二扩束镜7，最终到达热红外高光谱成像仪8，经计算机9记录，获得各个波段的光谱响应函数。再以波长可调式CO2红外激光器2发出单色的热红外辐射经过聚焦镜3、反射镜4经第一扩束镜5形成平行光，进入单色仪6分光之后再经过第二扩束镜7，最终到达热红外高光谱成像仪8，经计算机9记录。改变波长可调式CO2红外激光器2的出射波长，如此循环实现热红外高光谱成像仪8的光谱绝对定标。
本发明的有益效果如下：采用硅碳棒和单色仪可以获得高精度的光谱响应函数；采用红外激光器可以实现热红外高光谱成像仪的精确光谱绝对定标。满足热红外高光谱成像仪的研制需求。
附图说明
图1是本发明的一种适用于热红外高光谱成像仪光谱定标系统的测量原理示意图。图中：硅碳棒1、波长可调式CO2红外激光器2、聚焦镜3、反射镜4、第一扩束镜5、单色仪6、第二扩束镜7、热红外高光谱成像仪8、计算机9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，将热红外高光谱成像仪8安装到预定位置，并与计算机9相连接，用计算机9控制热红外高光谱成像仪，开启热红外高光谱成像仪8。开启硅碳棒1，经过锗聚焦镜3、反射镜4经锗第一扩束镜5形成平行光，进入iHR550单色仪6出射高光谱分辨率的热红外辐射，再经过锗第二扩束镜7，并充满热红外高光谱成像仪8的整个视场，热红外高光谱成像仪8接收到热红外辐射，计算机9显示器上显示出图像，同时数据被存入计算机9内，改变单色仪出射波长，获得各个波段的光谱响应函数。
开启L3CO2红外激光器2，设定波长和功率，改变反射镜4方向，使L3CO2红外激光器2的出射光经过，第一扩束镜5形成平行光，进入iHR550单色仪6出射高光谱分辨率的热红外辐射，再经过锗第二扩束镜7，并充满热红外高光谱成像仪8的整个视场，计算机9显示器上显示出图像，同时数据被存入计算机9内，通过改变L3CO2激光器的特征波长，如此循环，实现光谱绝对定标。本发明的基于激光器的热红外高光谱成像仪光谱定标系统的光谱定标误差在1nm以内。

Claims (1)

1.一种基于热红外高光谱成像仪的光谱定标系统的光谱定标方法，所述的光谱定标系统包括硅碳棒(1)、波长可调式CO2红外激光器(2)、聚焦镜(3)、反射镜(4)、第一扩束镜(5)、单色仪(6)和第二扩束镜(7)，其特征在于：
所述的方法包括步骤一，硅碳棒(1)发出热红外辐射经过聚焦镜(3)和反射镜(4)后再经第一扩束镜(5)形成平行光，平行光进入响应范围为8-14μm热红外波段的单色仪(6)分光之后，出射高光谱分辨率小于1nm的热红外辐射，再经过第二扩束镜(7)，最终到达热红外高光谱成像仪(8)，经控制热红外高光谱成像仪(8)的计算机(9)记录，获得各个波段的光谱响应函数；
步骤二，再以波长可调式CO2红外激光器(2)发出单色的热红外辐射经过聚焦镜(3)和反射镜(4)后再经第一扩束镜(5)形成平行光，平行光进入单色仪(6)分光之后再经过第二扩束镜(7)，最终到达热红外高光谱成像仪(8)，经控制热红外高光谱成像仪(8)的计算机(9)记录；
步骤三，改变波长可调式CO2红外激光器(2)的出射波长，如此循环步骤二和步骤三实现热红外高光谱成像仪(8)的光谱绝对定标。
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