CN112284537B - 一种推扫式高光谱成像仪光谱弯曲和梯形畸变检测方法 - Google Patents
一种推扫式高光谱成像仪光谱弯曲和梯形畸变检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种推扫式高光谱成像仪光谱弯曲和梯形畸变检测方法，该方法步骤如下：(1)制作适用于光谱弯曲检测和梯形畸变检测的参考靶标；(2)暗背景数据测量；(3)光谱弯曲检测靶标成像数据测量；(4)梯形畸变检测靶标成像数据测量；(5)成像数据处理；(6)时间维方向平均；(7)光谱弯曲计算；(8)梯形畸变计算。本发明的以推扫式高光谱成像仪的光谱弯曲和梯形畸变的产生机理为基础，以参考靶标测量的方式，通过一定数据处理获取了高光谱成像仪全幅的光谱弯曲和梯形畸变，在保证测量精度的同时，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及深空探测技术领域，特别是涉及一种推扫式高光谱成像仪光谱弯曲和梯形畸变检测方法。
背景技术
高光谱成像技术是一种图谱合一的成像技术,既可以获得成像目标的二维图像信息，又可以获得目标的光谱信息。高光谱成像技术不仅广泛应用于对地观测领域、深空探测领域。在这些领域，国内外先后实施了多个星载高光谱观测计划，如Hyperion、高分五号、CRISM等。
光栅分光和傅里叶变换是高光谱成像仪常用的两种分光方式，其中光栅分光不涉及严密的运动机构，更加常用。线阵推扫高光谱成像仪是一种最常见的高光谱成像仪，是高光谱成像仪的主流。线阵推扫高光谱成像仪的焦平面行和列分别构成光谱维和一个空间维，通过传感器运动形成另一个空间维，所形成的数据称为高光谱数据立方体。
然而，受光学相差、装配错位、部件老化等因素的影响，线阵推扫式高光谱成像仪经常存在光谱和空间错位问题。光谱维上的错位形成了同一波段(焦平面上的行)不同像元的中心波长和半高全宽不同，称为光谱弯曲。空间维上的错位，形成了同一像元不同波段(焦平面上的列)所对应空间位置不同，称为梯形畸变。两种类型的误配准都会扭曲光谱特征，从而降低了高光谱分类识别、定量化反演等应用的精度。据相关研究表明，高精度的高光谱数据应用需要光谱维错位不确定度小于高光谱成像仪半高全宽的1％，空间错配不确定度小于5％像元。因此，需要在发射前，通过一定的测量手段全面掌握高光谱成像仪的光谱弯曲和梯形畸变特性，为在轨数据的处理提供参考和输入参数支持。通过单色仪和点光源分别对高光谱成像仪进行光谱定标和几何定标是确定光谱弯曲和梯形畸变的常用方式。虽然这种测量方式是金标准，但是要掌握所有像元的畸变情况，采用这种方式耗时耗力。本发明提出了一种采用参考靶标实现快速测量，并通过一定的数据处理方法获得高光谱成像仪的全幅光谱弯曲和梯形畸变的方法。
发明内容
针对现有的技术空白和缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种快速的适用于推扫式高光谱成像仪的全幅光谱弯曲和梯形畸变测量方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种推扫式高光谱成像仪光谱弯曲和梯形畸变检测方法，其特点是：
(1)制作适用于光谱弯曲检测和梯形畸变检测的参考靶标.光谱弯曲检测靶标的光谱吸收特征应丰富。吸收特征在光高光谱成像仪响应光谱范围内应分布均匀,保证每5个波段所对应的光谱范围内有一个吸收特征。靶标表面物质分布均匀，反射各项均匀。梯形畸变检测靶标应具有丰富的表面纹理，且纹理相似性低，每5个像元不少于1个特征点。组成梯形畸变检测靶标的物质在高光谱成像仪的不同波段的反射光谱形状应近似直线，每个位置的反射光谱的峰峰值小于0.05；
(2)暗背景数据测量。在模拟的高光谱成像仪在轨运行时的工作环境下，遮住仪器镜头，测量工作环境温度下的暗背景数据；
(3)光谱弯曲检测靶标成像数据测量。将光谱弯曲检测靶标放入高光谱成像仪视场内，并充满视场。用均匀的平行光照射靶标，开启高光谱成像仪，记录光谱弯曲检测靶标的成像数据；
(4)梯形畸变检测靶标成像数据测量。将梯形畸变检测靶标放入高光谱成像仪视场内，并充满视场。用均匀的平行光照射靶标，开启高光谱成像仪，记录梯形畸变检测靶标的成像数据；
(5)成像数据处理。根据暗背景数据、高光谱成像仪的非均匀性校正系数和高光谱成像仪的辐射定标系数对测量得到的光谱弯曲检测靶标成像数据和梯形畸变检测靶标成像数据做非均匀性校正和辐射定标，得到辐射亮度数据；
(6)时间维方向平均。对成像光谱数据在时间维方向上求平均,得到一个经过多帧平均后的空间维×光谱维的图像；
(7)光谱弯曲计算。以空间维×光谱维的图像的中间列为参考,采用同名点搜索算法搜索成像数据每一个像元在光谱维方向上的同名点,所采用的同名点搜索算法精度可以达到亚像元级。
(8)梯形畸变计算。以空间维×光谱维的图像的中间行为参考,采用同名点搜索算法搜索成像数据每一个像元在空间维方向上的同名点,所采用的同名点搜索算法精度可以达到亚像元级。
本发明的有益效果如下：通过参考靶标的方式，通过若干次对靶标的测量，通过一定数据处理可以计算高光谱成像仪全幅的光谱弯曲和梯形畸变，在保证测量精度的同时，提高了工作效率。
附图说明
图1推扫式高光谱成像仪光谱弯曲和梯形畸变检测流程。
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，但本实施例并不限于本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
(1)首先根据高光谱成像仪的光谱响应范围、瞬时视场角、总视场角大小等指标制作尺寸和特性适用的光谱弯曲检测和梯形畸变检测的参考靶标.光谱弯曲检测靶标的光谱吸收特征应丰富。吸收特征在光高光谱成像仪响应光谱范围内应分布均匀,保证每5个波段所对应的光谱范围内有一个吸收特征。靶标表面物质分布均匀，反射各项均匀。梯形畸变检测靶标应具有丰富的表面纹理，且纹理相似性低，每5个像元不少于1个特征点。组成梯形畸变检测靶标的物质在高光谱成像仪的不同波段的反射光谱形状应近似直线，每个位置的反射光谱的峰峰值小于0.05；
(2)暗背景数据测量。在模拟的高光谱成像仪在轨运行时的工作环境下，遮住仪器镜头，测量工作环境温度下的暗背景数据；
(3)光谱弯曲检测靶标成像数据测量。将光谱弯曲检测靶标放入高光谱成像仪视场内，并充满视场。用均匀的平行光照射靶标，开启高光谱成像仪，记录光谱弯曲检测靶标的成像数据；
(4)梯形畸变检测靶标成像数据测量。将梯形畸变检测靶标放入高光谱成像仪视场内，并充满视场。用均匀的平行光照射靶标，开启高光谱成像仪，记录梯形畸变检测靶标的成像数据；
(5)成像数据处理。根据暗背景数据、高光谱成像仪的非均匀性校正系数和高光谱成像仪的辐射定标系数对测量得到的光谱弯曲检测靶标成像数据和梯形畸变检测靶标成像数据做非均匀性校正和辐射定标，得到辐射亮度数据；
(6)时间维方向平均。对成像光谱数据在时间维方向上求平均,得到一个经过多帧平均后的空间维×光谱维的图像；
(7)光谱弯曲计算。以空间维×光谱维的图像的中间列为参考,采用同名点搜索算法搜索成像数据每一个像元在光谱维方向上的同名点,所采用的同名点搜索算法精度可以达到亚像元级。
(8)梯形畸变计算。以空间维×光谱维的图像的中间行为参考,采用同名点搜索算法搜索成像数据每一个像元在空间维方向上的同名点,所采用的同名点搜索算法精度可以达到亚像元级。
Claims (1)
1.一种推扫式高光谱成像仪光谱弯曲和梯形畸变检测方法，其特征在于,包括以下步骤：
(1)制作适用于光谱弯曲检测和梯形畸变检测的参考靶标，光谱弯曲检测靶标的光谱吸收特征应丰富，吸收特征在光高光谱成像仪响应光谱范围内应分布均匀,保证每5个波段所对应的光谱范围内有一个吸收特征，靶标表面物质分布均匀，反射各项均匀，梯形畸变检测靶标应具有丰富的表面纹理，且纹理相似性低，每5个像元不少于1个特征点，组成梯形畸变检测靶标的物质在高光谱成像仪的不同波段的反射光谱形状应近似直线，每个位置的反射光谱的峰峰值小于0.05；
(2)暗背景数据测量，在模拟的高光谱成像仪在轨运行时的工作环境下，遮住仪器镜头，测量工作环境温度下的暗背景数据；
(3)光谱弯曲检测靶标成像数据测量，将光谱弯曲检测靶标放入高光谱成像仪视场内，并充满视场，用均匀的平行光照射靶标，开启高光谱成像仪，记录光谱弯曲检测靶标的成像数据；
(4)梯形畸变检测靶标成像数据测量，将梯形畸变检测靶标放入高光谱成像仪视场内，并充满视场； 用均匀的平行光照射靶标，开启高光谱成像仪，记录梯形畸变检测靶标的成像数据；
(5)成像数据处理，根据暗背景数据、高光谱成像仪的非均匀性校正系数和高光谱成像仪的辐射定标系数对测量得到的光谱弯曲检测靶标成像数据和梯形畸变检测靶标成像数据做非均匀性校正和辐射定标，得到辐射亮度数据；
(6)时间维方向平均，对成像光谱数据在时间维方向上求平均,得到一个经过多帧平均后的空间维×光谱维的图像；
(7)光谱弯曲计算，以空间维×光谱维的图像的中间列为参考,采用同名点搜索算法搜索成像数据每一个像元在光谱维方向上的同名点,所采用的同名点搜索算法精度可以达到亚像元级；
(8)梯形畸变计算，以空间维×光谱维的图像的中间行为参考,采用同名点搜索算法搜索成像数据每一个像元在空间维方向上的同名点,所采用的同名点搜索算法精度达到亚像元级。
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