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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410727345.7 (22)申请日 2014.12.03 G01N 21/25(2006.01) G01J 9/00(2006.01) (71)申请人 中国科学院光电研究院 地址 100094 北京市海淀区邓庄南路 9 号 (72)发明人 戴玉 王建威 聂云峰 张林 (74)专利代理机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 11251 代理人 成金玉 孟卜娟 (54) 发明名称 一种色散型光谱成像系统的在轨光谱定标方 法 (57) 摘要 本发明涉及一种色散型光谱成像系统的在轨 光谱定标方法， 实现为在地面铺设 LED 靶标组和 电。
2、源， LED 靶标组提供特征光谱， LED 靶标组中由 n 个不同波长的窄带 LED 组成， 利用色散型光谱 成像仪中探测器对每一波长的窄带 LED 的响应数 据， 得到一个高斯曲线， 将高斯曲线的中心作为这 一波长的窄带 LED 在探测器上响应的位置来计算 步骤 3 中的谱线位移量 ； 根据得到的不同波长的 窄带 LED 在探测器上的位置， 与实验室定标所得 的位置对比， 两者相减得到每一波长在探测器上 的谱线位移量， 确定每一光谱通道的中心波长位 置。 本发明具有快速、 有效、 低成本的优点， 且不受 卫星过顶区域为夜晚时条件的影响。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识。
3、产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104458591 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104458591 A 1/1 页 2 1. 一种色散型光谱成像系统的在轨光谱定标方法， 其特征在于实现步骤如下 ： (1)在地面铺设LED靶标组和电源， LED靶标组提供特征光谱， LED靶标组中由n个不同 波长的窄带 LED 组成， 1nm， m 为色散型光谱成像仪中的光谱通道数， 每个波长的窄带 LED 都与色散型光谱成像仪中的某一光谱通道对应 ； LED 靶标组铺设分布形式的设计依据是在 进行定标时， 卫星经过靶标所在区域。
4、时保证色散型光谱成像仪中探测器必然有一个像元接 收到 LED 发出的能量， 达到在轨光谱定标的要求 ； (2) 利用色散型光谱成像仪中探测器对每一波长的窄带 LED 的响应数据， 得到一个高 斯曲线， 将高斯曲线的中心作为这一波长的窄带 LED 在探测器上响应的位置来计算步骤 3 中的谱线位移量 ； (3) 根据步骤 (2) 得到了不同波长的窄带 LED 在探测器上的位置， 与实验室定标所得 的位置对比， 两者相减得到每一波长在探测器上的谱线位移量代表波长为 的第 i 个光谱通道的谱线位移量， 将它们的平均值作为色散型光谱成像仪谱线位移量的估 计， (4) 根据步骤 (3) 中得到的色散型光谱。
5、成像仪平均谱线位移量确定每一光谱通 道的中心波长位置。 2. 根据权利要求 1 所述的色散型光谱成像系统的在轨光谱定标方法， 其特征在于 ： 所 述窄带LED光源的光谱带宽小于20nm， 发散角小于15， n个窄带LED同时进入同一个像元 视场内， 考虑到靶标与色散型光谱成像仪观察区域相对位置的误差， 放置 16 组靶标分布， 两对之间间隔为色散型光谱成像仪地元分辨率的一半。 权 利 要 求 书 CN 104458591 A 2 1/3 页 3 一种色散型光谱成像系统的在轨光谱定标方法 技术领域 0001 本发明涉及一种色散型光谱成像系统的在轨光谱定标方法， 属于遥感成像技术领 域。 背景技术。
6、 0002 光谱成像技术可以获取同时目标光谱和图像信息， 经过定标后， 可以使光谱信息 定量化， 从而可以通过其所获得的信息识别目标。 按照定标内的不同， 定标可以分为光谱定 标、 相对辐射定标和绝对辐射定标， 其中绝对辐射定标是定量化应用的关键 ； 按照实施阶段 的不同， 定标可以分为实验室定标、 野外定标和在轨定标。 0003 在轨定标包括内定标和大气吸收线定标。内定标需要携带大量的定标仪器， 增加 了卫星重量， 对所有通道进行扫描需要的周期较长， 在太空环境下不能保证定标仪器本身 不发生变化， 并且需要通过其它部件的转动， 使光源进入相机的视场， 如此会有转动装置卡 滞， 造成相机不能对。
7、地球成像的危险， 而且系统硬件和软件也会非常复杂 ； 当采用大气吸收 线进行发射后光谱定标时， 卫星经过定标场区域 ( 如沙漠、 海洋等 ) 进行标定， 只能对个别 几个通道进行标定， 并且需要在日照区才能进行， 当卫星经过的区域处于夜晚时需要一种 便携、 轻便的在轨光谱定标的仪器和方法。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题 ： 解决在轨快速光谱定标的问题， 弥补在卫星经过的 区域为夜晚时进行光谱定标的不足， 提供一种色散型光谱成像系统的在轨光谱定标方法， 具有快速、 有效、 低成本的优点， 且不受卫星过顶区域为夜晚时条件的影响。 0005 本发明技术解决方案 ： 一种色散型光谱成像。
8、系统的在轨光谱定标方法， 其特征在 于实现步骤如下 ： 0006 (1) 在地面铺设 LED 靶标组和电源， LED 靶标组提供特征光谱， LED 靶标组中由 n 个不同波长的窄带 LED 组成， 1nm， m 为色散型光谱成像仪中的光谱通道数， 每个波长的窄 带 LED 都与色散型光谱成像仪中的某一光谱通道对应。LED 靶标组铺设分布形式的设计依 据是在进行定标时， 卫星经过靶标所在区域时保证色散型光谱成像仪中探测器必然有一个 像元接收到 LED 发出的能量， 达到在轨光谱定标的要求 ； 0007 (2) 利用色散型光谱成像仪中探测器对每一波长的窄带 LED 的响应数据， 得到一 个高斯曲线。
9、， 将高斯曲线的中心作为这一波长的窄带 LED 在探测器上响应的位置来计算步 骤 3 中的谱线位移量 ； 0008 (3)根据步骤(2)得到了不同波长的窄带LED在探测器上的位置， 与实验室定标所 得的位置对比， 两者相减得到每一波长在探测器上的谱线位移量代表波长为 的 第 i 个光谱通道的谱线位移量。将它们的平均值作为色散型光谱成像仪谱线位移量的 估计， 说 明 书 CN 104458591 A 3 2/3 页 4 0009 0010 (4) 根据步骤 3 中得到的色散型光谱成像仪平均谱线位移量确定每一光谱 通道的中心波长位置。 0011 所述 LED 靶标组中每组由 n 个不同波长的窄带 。
10、( 窄带 LED 光源的光谱带宽小于 20nm， 发散角小于 15 )LED 组成， 每个窄带 LED 的中心波长与色散型光谱成像仪的特征光 谱相匹配， 要求n个窄带LED同时进入同一个像元视场内， 考虑到靶标与色散型光谱成像仪 观察区域相对位置的误差， 放置 16 组靶标分布， 两对之间间隔为色散型光谱成像仪地元分 辨率的一半。 0012 本发明与现有技术相比的优点在于 ： 0013 (1) 本发明利用不同波长的窄带 LED， 可以确定多个光谱通道的中心波长位置， 提 高定标精度 ； 0014 (2) 本发明不需要精确的指向操作， 只需要提供足够的能量， 即可以使色散型光谱 成像仪观测到 ；。
11、 0015 (3) 本发明利用 LED 靶标组， 可以定时对色散型光谱成像仪进行在轨光谱定标。 附图说明 0016 图 1 为本发明在轨光谱定标方法实现流程图 ； 0017 图 2 为本发明 LED 靶标组在轨定标方法示意图 ； 0018 图 3 为本发明中 LED 靶标组排布方式 ； 0019 图 4 为谱线漂移机理 ； 0020 其中 ： 0021 21 为搭载成像光谱仪的卫星 ； 0022 22 为大气层 ； 0023 23 为地面 ； 0024 24 为电源 ； 0025 25 为 LED 靶标组 ； 0026 26 为卫星推扫方向 ； 0027 31 为每组由 n 个不同波长的窄带 。
12、LED 组成的 LED 靶标组 ； 0028 32 为色散型光谱成像仪的地元分辨率 ； 0029 33 为色散型光谱成像仪 1/2 的地元分辨率。 具体实施方式 0030 如图 1 所示， 本发明方法实现步骤为 ： 0031 步骤 11、 在地面 23 铺设 LED 靶标组 25 和电源 24， LED 靶标组 25 提供特征光谱， 电源 24 为靶标组供电。载有色散型光谱成像仪的卫星 21 运行在大气层 22 上方， 沿卫星推 扫方向 26 对 LED 靶标组 25 所在的区域进行推扫， LED 靶标组 25 分布形式的设计主要依据 说 明 书 CN 104458591 A 4 3/3 页 。
13、5 是在进行定标时， 在卫星 21 经过 LED 靶标组 25 所在区域时保证探测器必然有一个像元接 收到LED发出的能量， 达到在轨光谱定标的要求。 LED靶标组中每组由n个不同波长的窄带 LED 组成， 每个窄带 LED 的中心波长与色散型光谱成像仪的特征光谱相匹配， 要求 n 个窄带 LED 同时进入同一个像元视场内。 0032 如图 3 所示， 在面积为色散型光谱成像仪的地元分辨率 32* 色散型光谱成像仪的 地元分辨率 32 大小的区域上， 放置 16 组每组由 n 个不同波长的窄带 LED 组成的 LED 靶标 组 31 的靶标分布， 考虑到靶标与色散型光谱成像仪观察区域相对位置的。
14、误差， 两对靶标之 间的间隔色散型光谱成像仪 1/2 的地元分辨率 33。 0033 卫星 21 沿卫星推扫方向 26 对 LED 靶标组 25 所在的区域进行推扫后， 卫星 21 所 载的色散型光谱成像仪中探测器对每一波长的窄带 LED 都有响应数据。 0034 步骤 12、 将响应数据做插值后得到一个高斯曲线， 将高斯曲线的中心作为这一波 长的窄带 LED 在探测器上响应的位置来计算步骤 13 中的谱线位移量。 0035 基于地面上 LED 靶标组的在轨光谱定标需要以实验室定标的数据为前提， 色散型 光谱成像仪在实验室内在不同温度下进行光谱标定后， 根据相关研究， 其相同温度下的色 散模型。
15、变化很小， 可以认为是不变的。 0036 如图 4 所示， 升空后由于震动等不明因素造成探测器和棱镜位置的相对变化， 可 能造成谱线的空间位置整体移动， 棱镜的色散率不变， 则不同波长的光线经过棱镜后在探 测器上的位移都应相同 ； 0037 步骤 13、 根据得到的不同波长的窄带 LED 在探测器上的位置， 与实验室定标所得 的位置对比， 两者相减得到每一波长在探测器上的谱线位移量代表波长为 的第 i 个光谱通道的谱线位移量。将它们的平均值作为色散型光谱成像仪谱线位移量的估 计， 0038 0039 步骤 14、 根据得到的色散型光谱成像仪平均谱线位移量确定每一光谱通道 的中心波长位置。 0040 以上所提到的实施方式仅作为本发明技术方案的示例性说明， 而不应解释为对本 发明的限制， 任何对本发明进行显而易见的局部更改都应视为本发明的替代方案。这种替 代方案包括改变 LED 靶标组中每组窄带 LED 的组成个数、 LED 靶标组的排布方式等。这些 更改和变化不脱离本发明的实质范围。 说 明 书 CN 104458591 A 5 1/3 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 104458591 A 6 2/3 页 7 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104458591 A 7 3/3 页 8 图 4 说 明 书 附 图 CN 104458591 A 8 。