当前位置：文档之家 › 星载高光谱成像光谱仪狭缝函数测试方法的研究

星载高光谱成像光谱仪狭缝函数测试方法的研究

  • 格式：pdf
  • 大小：302.62 KB
  • 文档页数：5

下载文档原格式

  / 5

合集下载

光学系统的光学传递函数OTF测定方法理论(实验)研究---终稿

光学系统的光学传递函数OTF测定方法理论(实验)研究---终稿

本科毕业设计(论文)光学系统的光学传递函数OT Ｆ测定方法理论（实验)研究学 院_ 物理与光电工程学院__专 业_____ 光信息科学与技术_(光电显示与识别技术方向）年级班别_＿__＿_＿_2010级(２)班__学 号__＿＿＿____３１1００0894５＿__＿__学生姓名＿__＿_______林清贤__＿指导教师＿________＿_雷 亮＿___2014 年 4 月 28 日摘要光学传递函数是定量描述成像性能的完备函数。

但是对于实际的光电成像器件(如CCD器件)，通过解析法建立这一函数的表达式又是非常困难的,因此光学传递函数的实测技术就显得尤为重要。

光学传递函数是一个客观的、准确的、定量的像质评价指标,并且其能够直接方便的测量，因此已经广泛应用于光学设计、加工、检测和信息处理中。

本文主要介绍了光学传递函数的性质及其测量原理分析，并对固有频率目标法和狭缝扫描法进行了实验研究。

我们采用光学显微镜作为待测量光学传递函数的光学系统,通过改变显微镜的放大倍数,比较分析放大倍数对调制传递函数(MTF)测量的影响,并比较两种测量方法的优劣。

实数傅立叶变换是整个实验中需要透彻理解和运用的数学概念,在此基础上理解离散傅立叶级数与MTF定义的理论依据，并由此建立数学模型。

由本文建立的理论模型出发,结合实验所测得的数据，最后得到了基本可靠的实验结果。

本文最终给出两种测量法对应的ｍaｔlaｂ程序、数值测量结果、实验测得的可靠的MTF实验结果撰写毕业论文主要内容。

关键字: 光学传递函数，傅立叶变换，固有频率目标法，狭缝扫描法ＡbstrａctＴｈe oｐtｉcal transfeｒｆｕncｔion is quaｎｔitativｅｌy describe thｅｉmａg ｉng ｐeｒfoｒmance of ｔhe cｏmｐleｔe funcｔiｏn.But for thｅactuａl ｐhｏtoｅl ｅctric ｉmagingｄeviceｓ（such asＣＣD ｄｅvｉce）, ｔｈrough tｈe anａlytic ｍethodｔo ｅstablisｈthe fuｎction oｆeｘprｅssion is ｖery difficult.Thｅｒefore the measｕｒement technique of opticａｌtransferｆunｃtion is paｒｔｉｃularl ｙｉmｐｏrtant.Opticaｌtrａｎsfer ｆuncｔion is ａn obｊｅｃｔｉve, acｃuｒate aｎd ｑuanｔｉｔatｉvｅimａge quality evalｕａtｉoｎiｎdex，aｎｄｉｔcａn dｉrｅctly ａndｃonvenｉenｔmeａsuｒemｅnt，therｅfｏｒｅｈaｓbｅen widelｙapplied oｐtｉcs desｉgn, ｐrｏceｓsiｎg, ｔesting and ｉnformａtｉon pｒoｃｅssing.This ｐａpeｒmａｉｎly inｔｒodｕcｅｓtｈe propertieｓof thｅoｐticａlｔranｓfer funcｔioｎand ｉｔs meａsｕrinｇprinciplｅ, andｔhe iｎhｅreｎt fｒequeｎcｙtarget anｄslｉt ｓcaｎmethod has ｃarｒied on the ｅxperｉmentaｌstudy.We us ｅoptical micrｏscope asｆｏr measｕrｉng optｉcaｌtranｓｆer fｕnctiｏn ｏf opti ｃaｌｓystem，ｔhrouｇh ｃhaｎging the magｎifiｃatioｎoｆthe micｒoscopｅ, coｍｐａrative aｎalyｓｉｓof magｎifiｃaｔion ｏｆmｏdｕlａtｉon transfeｒfunction (ＭTF）meaｓurｅment, thｅｉnflｕｅnce of thｅmｅｒｉts oｆtｈe two ｍｅasuringｍethｏds aｒe cｏmpared.Reａl Fouｒiｅr tranｓform is the need to thｏrｏughly unｄerstand and appｌy iｎthe expeｒimeｎt of ｍatheｍatical coｎcepts, oｎthｅbasｉs of the understａnding ｏｆdiscretｅＦoｕｒieｒsｅrｉes anｄth ｅtheorｅｔical basiｓof tｈe defｉnitｉon of MTＦ,ａｎd thus to ｅsｔaｂｌｉsh mathematiｃal modｅl.Ｓｅt up byｔhis ａrｔicle oｎthｅtheorｙｍodel, cｏmbｉneｄwｉｔh the ｄａｔa measｕｒｅd iｎlaboratｏｒy, ｔhe fundａmental and ｒeｌiａｂlｅexpｅriｍent reｓultｓａre obtaiｎed.Ｆinally，thｅpａｐｅｒpropｏses two ｋiｎds of measurement meｔhod of the corresｐonding ｍatlab proｇram,ｔhｅｒeｓults of nｕmerｉcａl mｅaｓuremｅnt anｄrｅｌiaｂlｅexperimeｎｔal mｅasurｅd MTＦexｐerimｅntal ｒesｕｌts ｏf writiｎｇgraduatｉon thesｉs ｍａin cｏｎteｎt．Keywords：Opｔiｃal tｒａｎsfer fuｎction，Ｆｏuｒieｒtrａnｓｆorm,Nat ｕral fｒequｅｎcy ｍethod; Sｌit scan ｍｅtｈoｄ目录第一章绪论 (1)1.1 光学传递函数简介1ﻩ1．2 光学传递函数的发展1ﻩ1.2.1 光学传递函数的发展历史 (1)1.2.2光学传递函数的发展现状和趋势 (2)1．3光学传递函数的测量意义3ﻩ１.4 本论文的主要内容4ﻩ第二章光学传递函数的基本理论5ﻩ2.1 光学成像系统的一般分析 (5)2.1.１透镜的成像性质5ﻩ２.1．2 光学成像系统的普遍模型 (8)2.1.3 两种类型的物体照明方式9ﻩ2.1.4 阿贝成像理论9ﻩ2．2光学传递函数的概念 ...................................................................................... 1０2.3光学传递函数的计算ﻩ１2２.3．1 以物像频谱为基础的计算ﻩ１22.3.2以点扩散函数为基础的计算 (13)2．3．3 线扩散函数与一维调制传递函数14ﻩ２.4 离散傅里叶级数与MTF定义的理论依据 ........................................................ １5第三章光学传递函数的测量原理分析 . (18)3.1光学传递函数的测量方法综述18ﻩ3.2 实验中的两种测量方法原理分析 (19)３.2.1 固有频率目标法 (19)３.2.2 狭缝扫描法 ................................................................ 错误!未定义书签。

星载超光谱成像仪杂散光及其测量

星载超光谱成像仪杂散光及其测量

仪 的光谱辐射经光谱仪后在谱面产生 的杂散光很难使探测器
成像仪光谱测量精度 的重要 因素之一 ，当前光谱仪器 的杂散 光测量方法 尚不 能满足超 光谱成 像仪 杂散光检 测 的需要 。 者探讨 了此类 成像 光谱仪杂散光 的定义 、 作 来源 和危 害 ， 论述 了使用杂散光 影响 因子 ｄ， ｉ描述光 ， 谱仪杂散光 的可行性和优越性 ，并给出了杂散光受扰 系数 （） 和杂散光 干扰系数 Ｆ （ ） 的定 义 、物理意义 和工程应用价值 。最后 ， 介绍 了使用窄带滤光 片测量 星载超光谱成像 仪杂散光的测量系统组成 、 量步骤 和 测
随着军事 、 地质 、宇宙探索等各领 域对高质 量遥感 图像 的需求 ， 一度 曾被忽视而又直接影 响图像 质量的杂散 光正重 新引起人们的重视。罗伯特等人 曾对杂散光 作 了较 为深入 的 分 析 和 总 结 ｌ ， 蒂 芬 等 人 对 地 基 天 文 望 远 系 统 的杂 散 光 抑 １ 史 ｊ
—
２ ６ ８２
光谱学与光谱分析
第 ３ ０卷
光谱仪器杂 散光 的绝 对值 大小 与人射 光 源和探 测器有 关 ，通常用杂散光 系数表示 杂散 光的相对 值 ，即在 光谱仪标 称波长上 ，除该波长以外所有其他波 长的辐射 能量之和 与标
称 波 长 的辐 射 能 量 之 比 。
光谱 仪全 谱段 的杂 散光一般在 １ 数量级 ， Ｏ 而单个谱段 入射光 （ 带宽 Ａ ￣５ ｍ） Ａ ０ｒ 引起的杂散光就更小 了 ， ｉ 普通单色
制 方法 进 行 ｒ 究 ｌ ， 美 国 的深 空 探 索 望 远 镜 Ｓ Ｐ 研 制 研 ２ 在 ］ ＮＡ
义 ，比较 了当前光谱仪器杂散光 测量方 法的优缺 点 ，论述 了 使用杂 散光 影响因子 ｄ 描述光谱仪杂 散光 的可 行性 和优越

高光谱遥感影像地面伪装目标检测方法的研究

高光谱遥感影像地面伪装目标检测方法的研究

外、热红外光谱特征，大大提高了地物的分类和识别能力，在农业、林业、海洋、气象、地质、全球环境及军事遥感等诸多领域显示出巨大的应用前景。

目前，已有许多国家相继研制出或正在研制各具特色的成像光谱仪，数量达四十种之多［３－６１。

从第一代ＡＩＳ的３２个连续波段，到第二代高光谱成像仪。

航空可见光、红外光成像光谱仪（ＡＶＩＲＩＳ）的２２４个波段，光谱分辨率在不断提高，ＡＶＲＩＳ是首次测量全反射波长范围（Ｏ．４～２．５ｒｕｎ）的成像光谱仪。

美国宇航局在１９９９年底发射的中等分辨率成像光谱仪（ＭＯＤＩＳ）和高分辨率成像光谱仪（ＨＩＲｊＳ）为人类提供了更多信息。

２００１年发射的ＯｒｂＶｉｅｗ卫星能够同时提供更高空间分辨率和光谱分辨率的数据，它能获取】ｍ全色波段影像和４ｍ～５ｍ的多光谱波段以及空间分辨率为８ｍ的２００个波段的高光谱数据。

此外，许多具有高空间分辨率和高光谱分辨率的成像光谱仪正在或即将进入实用阶段，例如：美国的ＨＹＤＩＣＥ、ＳＥＢＡＳ，加拿大的ＦＬＩ、ＣＡＳＩ和ＳＦＳＩ，德国的ＲＯＳＩＳ以及澳大利亚的ＨＹＭＡＰ等。

这些传感器有的已经进入了商业运营，技术比较成熟。

特别是美国的ＨＹＤＩＣＥ和ＡＶＩＲＩＳ多次参与军方的实验，提供了大量的军事应用的第一手资料。

图ｌ—ｌ高光谱图像数据立方体示意我国在这一领域的发展也十分迅速。

中科院上海技术物理研究所于１９９７年开始研制２４４波段的推扫式（ＰＨＩ）和１２８波段的可见光／近红外、短波红外、热红外模块化成像光谱仪系统（ＯＭＩＳ）并取得了成功，特别是ＯＭＩＳ已经成功转入商业运营。

另外，中科院长春光学精密机械与物理研究所、西安光学精密机械研究所也在这一领域取得了重要的研究成果。

高光谱数据除了拥有图像数据的几何信息外，还具有光谱信息，从而构成三维的图像立方体。

如图１．１，光谱维信息可以记录地物所具有的反射、吸收和发射电磁能量的能力，这种能力是由物质的分子和原子结构确定，不同的地物类型对应于不同的谱特征，这就是光谱的“指纹效应”，如图１．２。

狭缝法测量X射线管焦点尺寸的研究

狭缝法测量X射线管焦点尺寸的研究
D$;0.#*0)! XV3;57>T,45=,/e35; Z'9>@=8U3/,5635;=V3G3@;>7=59,>;;37=/60=V3 /<>0/6093,5T8=/56%>6?/=/,>T,5>6/<459=>6=/6?3g=57V>9>7=39/e3=V3 ]59G/60439' ;59<>6735;=V3Z'9>@,589731X@4/7>TT@%>;=39=V3Z'9>@=8U3/,<>68;>7=893?%=V3;57>T ,45=,/e3<8,=U3<3>,893?>6?<>9G3?1K5]>?>@,%=V3<5,=]/?3T@8,3?<3>,893<36= ,=>6?>9?,;59Z'9>@=8U3;57>T,45=,/e3/6=V3 ]59T?>93`SRA#++A%SK (!FC+%>6? IWXM S((AF1-3=]336:>9/58,,=>6?>9?,%=V393>93?/;;393673,/6=V3;57>T,45=,/e3 <3>,893<36=<3=V5?,%,75435;>44T/7>=/56%T5>?/60;>7=59,>6?/<>0/603.8/4<36=1 I<560=V3,3%=V3,T/=<3=V5?5;SK(!FC+,=>6?>9?/,<5,=T@8=/T/e3?/6/6?8,=9/>TZ'9>@ =8U3,1O5]3:39%?83=5/=,75<4T3g>6?4937/,3?3,/0693.8/93<36=,%=V3=3,=3.8/4' <36=%/131%=V3,T/=7><39>%/,?/;;/78T==5495?873>6?49573,,%>6?=V375,=/,V/0V% ]V/7V/,65=756?87/:3=5495<5=/56>6?>44T/7>=/561XV/,4>439,=8?/3?=V3/6;T83673 >6?:>9/>=/565;=V3 <3>,893<36=5;=V3;57>T,45=,/e3>=?/;;3936=,T/=,/e3,U@8,/60 ?58UT3=860,=36 >TT5@ 7@T/6?39,/6,=3>? 5;,T/=7><39>1->,3? 56 =V37>T/U9>=/56 5;

高光谱遥感反演建模

高光谱遥感反演建模

04
基于高光谱遥感数据的反演建模实践
数据来源与预处理
数据来源
高光谱遥感数据通常来自卫星或航空成像光谱仪，具有数百个连续的光谱波段， 能够捕捉地表物质的详细光谱信息。
预处理步骤
包括大气校正、几何校正、辐射定标等，以消除大气效应、传感器误差等影响因 素，得到地表真实反射率数据。
特征提取与选择方法探讨
数据处理
高光谱遥感数据处理包括辐射定标、 大气校正、几何校正、光谱匹配等步 骤，以消除或减弱各种误差和干扰因 素的影响，提高数据质量和可用性。
高光谱遥感应用领域
01
02
03
04
生态环境监测
利用高光谱遥感技术可以监测 植被生长状况、生物多样性、 水体污染等生态环境问题，为 环境保护和治理提供科学依据 。
高光谱遥感定义
高光谱遥感是一种利用成像光谱 仪获取地物连续、精细的光谱信 息，并结合空间信息进行地物识 别和分类的技术。
高光谱数据特点
高光谱数据具有光谱分辨率高、 波段连续、图谱合一等特点，能 够反映地物的细微差异和内在属 性。
高光谱遥感数据获取与处理
数据获取
高光谱遥感数据主要通过星载、机载 和地面成像光谱仪获取，其中星载高 光谱遥感数据具有覆盖范围广、重访 周期短等优势。
03
反演建模理论与方法
反演建模基本概念及原理
高光谱遥感反演建模
利用高光谱遥感数据，通过建立数学模型反演出地表参数的 过程。
反演建模原理
基于物理光学、大气辐射传输等理论，结合地表实测数据， 构建高光谱遥感数据与地表参数之间的定量关系模型。
常用反演建模方法介绍与比较
经验/统计方法
基于经验公式或统计模型建立遥感数据与地表参数之间的关系，如多元线性回归、主成分分析等。这类方法简单易行 ，但精度受限于经验公式或统计模型的准确性和适用性。

星载成像光谱仪杂散光检测技术

星载成像光谱仪杂散光检测技术
．
ｃ ｔｏ ｌｅ ｔ ｏ ｕ — ｆ ｆ ｔｒｍｅ ｈ ｄ，ｓ ｅ ｔｕ ｍｅｈ ｄ，ｓ ｃｒｌｓｒ ｙｌｇ ｔｆ ｃｏ ｔ ｄ ｓ ｒｅ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｔ０ ｉ ｐ ｃｒ ｍ ｔ ｏ ｐｅ ｔａ ｔａ ｉ ｈ ａ ｔｒｍｅｈｏ ｅ ｓｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｍｅｈ ｄ。ｏ ｙ ｅ ｉ ｘｇｎ
ｓ ａ ｅ ｂ ｒ ｅ ｉ ａ ｉ ｇ ｓ ｅ ｔｏ ｅｅ ｐ ｃ － ｏ ｎ ｍ ｇ ｎ ｐ ｃｒ ｍ ｔｒ
Ｚ Ｎ ｎｑａｇ ＷＵ Ｑｎ ． ｅ Ｙ Ｎ Ｃ ａｇｘａｇ ＨＡ Ｇ Ｊ —ｉ ‘ ｕ ｎ ， ｉｇｗ ｎ ， Ａ ｈ ｎ ．ｉ ｎ
（ ． ｈ ｎ ｃｕ ｎｔｕ ｐｉ ， ｉｅ ｃ ａ ｉ ｎ ｈ ｓ ｓ １ Ｃ ａ ｇｈ ｎＩｓ ｔｔ ｏ ｔｓＦｎ ｈ ｎｃ ａ ｄＰ ｙｉ ， ｉ ｅ ｆＯ ｃ Ｍｅ ｓ ｃ Ｃ ｉｅ ｃ ｄｍ ｃ ｎｅ， ｈ ｎ ｃｕ ３ ０ ３ Ｃ ｉａ ｈｎｓ Ａ ａ ｅ ｙｏ ｉ ｃｓＣ ａ ｇｈ ｎ１０ ３ ， ｈｎ ； ｅ ｆＳ ｅ ２ Ｇａ ｕ ｔ Ｕ ｉ ｍ￣ ｏ ｈｎｓ Ａ ａ ｅ ｙｏ ｃ ｎｅ， ｅ ｉ ０ ０ ９ Ｃ ｉａ ． ｒｄ ａｅ ｎｖ ｉ ｆＣ ｉｅ ｃｄｍ Ｓ ｉ ｃｓＢ ｉｎ １０ ３ ， ｈｎ ） ｅ ｅ ｆ ｅ ｊｇ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｕ ｒ ｎ ｎ ｅ ｎ ｔ ｎ ｌｌ ｖ ｌ ｆｓｒ ｙ ｌｇ ｔｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｔｃ ｎ ｌｇｅ ｏ ｐ ｃ ｏ ｎ ｍａ ｉ ｇ ｅ ｃ ｒｅ ｔｉ ｔｒ ａｉ ａ ｅ ｅ ｓ ｏ ｔａ ｉｈ ａ ｕ ｅ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｓ ｆｒ ａ ｓ ａ ｅ ｂ ｒ ｅ ｉ ｇｎ ｏ
ｉ ｄ ｐ ｎ ｅ ｔ ｍｅ ｓ ｒｎ ｍｅｈ ｄ ｏ ｒ ｔａ ｌ ｈ ｃ ｎ ｎ ｅ ｅ ｄ ｎ ａｕ ｇ ｉ ｔ ｏ ｆ ｓｒ ｙ ｉ ｔ ａ ｎｏ ｍｅ ｔ ｈ ｎｅ ｄ ｏ ｐ ａ ｔｃ ｌ ｎ ｉ ｅ ｒｎｇ ｎ ｔ ｅ ｇ ｔ ｅ ｔ ｅ ｅ ｓ ｆ ｒ ｃｉ ａ ｅ ｇｎ ｅ ｉ ａ ｄ ｈ ｃ ｍｐ ｕ ｄ ｍｅ ｓ ｒｎ ｅ ｈｎ ｌ ｇｅ ｌ ｂ ｅ ｅｏ ｉ ｇ ｄ ｒ ｃｉｎ ｆｒ ｓｒ ｙ ｌ ｈ ａ ｕ ｅ ｎｓ ｏ ｐ ｃ ． ｏ ｎ ｏ ｏ ｎ ａ ｕ ｉ ｇ ｔｃ ｏｏ ｉ ｓ ｗｉｌ ｅ ａ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｉｅ ｔｏ ｔａ ｉ ｔｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｆ ｓ ａ ｅ ｂ ｒ ｅ ｏ ｇ

高光谱遥感分解

高光谱遥感分解
通过各种标准辐射源，在不同波谱段建立成 像光谱仪入瞳处的光谱辐射亮度值（ L）与成像光 谱仪输出的数字量化值（ DN）之间的定量关系。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
OMIS 成像光谱仪的 辐射定标：采用千 瓦级的石英卤灯 供 应固定电流和电压， 采用标准反射板 对 瞬时视场角进行测 量，用已知的由标 准板反射到视场的 辐射强度与仪器测 量得到的数值比值 来计算辐射定标系 数。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
? 内部平均法有两个缺陷 – 得到的是相对反射率 – 一些图像均值并不能完全代表太阳的全谱段辐 射特性
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
? 平场域法
– 选择图像中一块面积大且亮度高而光谱响应曲
线变化平缓的区域，利用其平均光谱辐射值来
模拟飞行时大气条件下的太阳光谱。将每个像
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
成像光谱仪的定标 有三个阶段的定标
仪器实验室定标
机上或星上定标
场地定标
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
（1）实验室定标
光谱定标 - 确定成像光谱仪每个波段的 中心波长和宽度
辐射定标 相对定标 绝对定标
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
相对定标
确定场景中各像元之间、各探测器之间、各 波谱段之间以及不同时间测得的辐射量的相对值。 绝对定标
义了七种缺省的标准气溶胶模式和一些自定义模式。
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正
（3）场地定标 辐射校正场包括 敦煌陆面试验场和青海湖水面试验场；
辐射标准和设备定标实验室； 光学特性和环境参数观测实验室； 辐射校正资料处理、存档和信息服务实验室
第三章 高光谱遥感图像 辐射与几何校正

高光谱解混方法研究

高光谱解混方法研究

高光谱解混方法研究严阳;华文深;刘恂;崔子浩【摘要】高光谱图像的空间分辨率较低,导致大量混合像元存在于高光谱图像中.混合像元的存在是使高光谱图像目标分类准确率降低的主要原因之一.高光谱像元解混在高光谱遥感图像处理中具有非常重要的意义.高光谱像元解混主要分为线性和非线性光谱解混两种方法,研究最广泛的是线性光谱解混.归纳了线性光谱解混的两个步骤:(1)提取纯净像元中地物的光谱信号,即提取端元,这是关键步骤;(2)利用端元的加权线性组合对混合像元进行光谱解混,即丰度反演.简述了端元提取及丰度反演研究的主要进展,介绍了端元提取的几种典型算法.通过归纳、对比和分析,总结了不同端元提取方法的特点,并对高光谱解混的研究前景进行了展望.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2018(042)005【总页数】7页(P692-698)【关键词】光谱学;高光谱图像;线性解混;端元提取【作者】严阳;华文深;刘恂;崔子浩【作者单位】陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系,石家庄 050003;陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系,石家庄 050003;陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系,石家庄 050003;陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系,石家庄 050003【正文语种】中文【中图分类】TP751引言高光谱图像通过光谱仪采集，能同时获得光谱信息和图像信息，具有图谱合一的优点[1]，使得其在军事目标检测、农作物分类、矿物探测等多个领域都得到广泛应用。

高光谱图像的光谱分辨率在不断提高，但是空间分辨率仍旧较低。

由于高光谱遥感图像在采集图像时，是以像元为单位来获取地面物体的光谱信息，高光谱图像中的每一个像元都对应着具有一定面积的地表区域，而区域的大小由光谱仪的空间分辨率决定。

因此，当空间分辨率较低时，图像中将会出现大量混合像元，导致目标的分类精度降低。

若一个像元里仅仅包含一种物体，则该像元是纯净像元，包含纯净的光谱信号的像元称之为端元;当光谱仪空间分辨率较低时，一个像元里含有多种物质混合，则包含混合光谱信号的像元称作混合像元[2]。

光谱仪,光谱响应,辐射量,辐照度,辐射亮度,辐射率,光栅,辐射计

光谱仪,光谱响应,辐射量,辐照度,辐射亮度,辐射率,光栅,辐射计

光谱仪简介光谱仪( Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线，。

阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光)，但若通过光谱仪将阳光分解，按波长排列，可见光只占光谱中很小的范围，其余都是肉眼无法分辨的光谱，如红外线、微波、紫外线、X射线等等。

通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。

这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。

将复色光分离成光谱的光学仪器。

光谱仪有多种类型，除在可见光波段使用的光谱仪外，还有红外光谱仪和紫外光谱仪。

按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪等。

按探测方法分，有直接用眼观察的分光镜，用感光片记录的摄谱仪，以及用光电或热电元件探测光谱的分光光度计等。

单色仪是通过狭缝只输出单色谱线的光谱仪器，常与其他分析仪器配合使用。

图片图中所示是三棱镜摄谱仪的基本结构。

狭缝S与棱镜的主截面垂直，放置在透镜L的物方焦面内，感光片放置在透镜L的像方焦面内。

用光源照明狭缝S，S的像成在感光片上成为光谱线，由于棱镜的色散作用，不同波长的谱线彼此分开，就得入射光的光谱。

棱镜摄谱仪能观察的光谱范围决定于棱镜等光学元件对光谱的吸收。

普通光学玻璃只适用于可见光波段，用石英可扩展到紫外区，在红外区一般使用氯化钠、溴化钾和氟化钙等晶体。

目前普遍使用的反射式光栅光谱仪的光谱范围取决于光栅条纹的设计，可以具有较宽的光谱范围。

表征光谱仪基本特性的参量有光谱范围、色散率、带宽和分辨本领等。

基于干涉原理设计的光谱仪（如法布里-珀罗干涉仪、傅立叶变换光谱仪）具有很高的色散率和分辨本领，常用于光谱精细结构的分析。

单色仪科技名词定义中文名称：单色仪英文名称：monochromator定义：从一束电磁辐射中分离出波长范围极窄单色光的仪器。

所属学科：机械工程(一级学科) ；光学仪器(二级学科) ；物理光学仪器(三级学科)本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布monochromator光谱仪器中产生单色光的部件。

高光谱图像目标稀疏检测算法的研究

高光谱图像目标稀疏检测算法的研究

哈尔滨工程大学硕士学位论文
关键词：高光谱图像；目标检测；稀疏表示；StOMP 算法；无监督字典
பைடு நூலகம்
高光谱图像目标稀疏检测算法的研究
ABSTRACT
Hyperspectral remote sensing is a multi-dimensional information acquisition technology combining spectral analysis and image processing, and it can not only get spatial information but also widely covered spectrum information. This characteristic makes it possible to understand an image by both morphological information and spectral information which is more extensive. In hyperspectral imagery(HSI), spectral reflectance data of different objects are completely different, and this is the theoretical basis of HSI processing technology. It means that either detection, classify, or other processing of HSI can be based on spectral information. Once a complete spectral library is obtained, matching method which is a simple binary classification issue can be used to detect targets, as long as the matching result can point out the pixel is target or not. Sparse representation algorithm is a hot topic in recent years, and its features can just meet the requirement of HSI target detection. So in this paper, a combination and some improvements of these two technologies are proposed. The main work of this paper is summarized as follows: At first, since HSI contains extremely wealthy information, the amount of HSI data is huge. To solve this problem, this paper makes a combination of HSI processing technology and sparse representation algorithm on the basis of a detailed study of both. The combined algorithm can use the high sparsity of HSI, at the same time, it reduced the arithmetic pressure brought by the large amount of data of HSI. The result of the comparative experiments of traditional HSI target detection algorithm and the sparse HSI target detection algorithm shows that the sparse one is more effective. Secondly, improve the process of solving sparsity coefficient which is a key process of sparse representation. Common sparsity coefficient solving algorithms are generally not effective enough, and they often take a very long operation time when faced large data such as HSI data. This paper proposed using StOMP algorithm to solve sparsity coefficient, and dramatically improved the operation speed under the premise of no significant decrease of detection accuracy. Comparative experiments verify the effectiveness of the proposed algorithm. At last, this paper presented an accurate sparse HSI target detection algorithm without prior information through a new method for constructing the dictionary. Previous dictionary

在轨超高分辨率傅里叶光谱仪仪器线型函数更新方法研究

在轨超高分辨率傅里叶光谱仪仪器线型函数更新方法研究

在轨超高分辨率傅里叶光谱仪仪器线型函数更新方法研究汪俊锋;叶函函;易维宁;陈震霆;方雪静;杜丽丽【期刊名称】《红外与毫米波学报》【年(卷),期】2018(037)005【摘要】仪器线型函数是傅里叶光谱仪重要的物理表征参数之一,影响仪器测量光谱的精度.随着空间测量和大气探测等遥感应用在高精度上的需求,如何实时在轨测量并更新星载光谱仪的仪器线型函数,成为当前提高在轨超高分辨率光谱仪测量精度的重要手段.以傅里叶型光谱仪为例,根据仪器线型函数的原理,利用在轨超高分辨率光谱仪实测太阳光谱定标数据不受大气气溶胶影响且具有独立太阳弗朗和费线的特征,来对在轨超高分辨率光谱仪的仪器线型函数进行监督和更新.实验以Kurucz 太阳光谱模型作为参考光谱,在对应波段范围内分别选取多条实测太阳定标光谱和参考光谱的特征峰,通过调整光谱仪的狭缝模型,对特征峰残差进行迭代对比,演算出仪器ILS参数变化.最后,用更新的仪器线型函数与临边理论光谱卷积,与实测临边定标光谱比较验证,误差范围在-6％～8％.结果表明,该方法可为在轨超高分辨率光谱仪仪器线型函数的监督更新提供参考依据.【总页数】8页(P613-620)【作者】汪俊锋;叶函函;易维宁;陈震霆;方雪静;杜丽丽【作者单位】中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽合肥230031;中国科学技术大学,安徽合肥230026;中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽合肥230031;中国科学技术大学,安徽合肥230026;中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽合肥230031;中国科学技术大学,安徽合肥230026;中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽合肥230031【正文语种】中文【中图分类】TN911.73【相关文献】1.付里叶红外光谱仪与付里叶函数变换 [J], 李德生2.红外傅里叶光谱仪的仪器线形函数及工程应用 [J], 张磊;杨敏珠;邹曜璞;韩昌佩3.空间外差干涉光谱仪仪器线型函数测量新方法研究 [J], 熊伟;施海亮;俞能海4.傅里叶光谱仪光谱定标及仪器线性函数测定 [J], 刘鹏;王培纲;华建文;杨隆梓5.激光外差光谱仪的仪器线型函数研究 [J], 卢兴吉;曹振松;谈图;黄印博;高晓明;饶瑞中因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

第３　７卷，第４期　２　０　１　７年４月　光谱学与光谱分析　

Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．４。ｐｐ１２８６—１２９０　

Ａｐｒｉｌ，２０１７　

星载高光谱成像光谱仪狭缝函数测试方法的研究　毛靖华　。，王咏梅　弘，石恩涛　，张仲谋　，江　芳　ｌ＿中国科学院国家空间科学中心，北京１００１９０　２．中国科学院大学，北京１０００４９　

摘要为了满足大气微量成分高精度测量需求，需要能准确描述星载高光谱大气微量成份探测仪的仪器　狭缝函数。针对高光谱大气微量成份探测仪视场大、波段宽、空间分辨率和光谱分辨率高等特点，研制了狭　缝函数测量仪。介绍了狭缝函数测量仪的工作原理及基本结构，并利用狭缝函数测量仪可同时实现高分辨　率、宽谱段测量的特点，通过搭建定标装置，对高光谱大气微量成份探测仪进行全视场的狭缝函数测试，得　出了仪器狭缝函数的数学表达式，给出仪器狭缝函数的特性分布，并对结果进行分析。测试结果表明：高光　谱大气微量成份探测仪全视场光谱分辨率在０．４２３￣０．５９７　ｎｍ之间，其狭缝函数特性曲线近似满足高斯分　布规律。由于星载大视场成像光谱仪存在光谱弯曲现象，从而导致边缘视场分辨能力略低于中心视场分辨　能力。狭缝函数测量仪是基于中阶梯衍射光栅设计，可同时输出多条高分辨率谱线，且分布均匀，不仅可以　测量高光谱成像光谱仪的仪器狭缝函数，也可对星载高光谱仪器光谱定标，为后续研究提供了参考依据和　方法。　

关键词狭缝函数；高光谱成像光谱仪；大气微量气体；中阶梯衍射光栅　中图分类号：ＴＨ７４４　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６４￣．ｉｓｓｎ．１０００—０５９３（２０１７）０４—１２８６—０５　

引　言　近年来利用高光谱成像技术¨１　］获取探测物体空间信息　和光谱信息的方法逐渐成为空间环境探测的主要手段之一，　尤其在气象观测和环境监测领域得到广泛应用。　为满足我国环境污染监测的迫切需求，研制了风云卫星　高光谱大气微量成份探测仪。高光谱大气微量成份探测仪是　以差分光学吸收光谱法ＩＸ）ＡＳ［７＿（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｏｐｔｉｃａｌ　ａｂｓｏｒｐ—　ｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）为探测原理的成像光谱仪。高光谱大气微　量成份探测仪探测光谱范围３７５　５００　ｎｍ，总视场１１２。，光　谱分辨率约０．４～Ｏ．６　ｎｍ，通过在卫星上探测大气后向散射　辐射，利用ＩＸ）ＡＳ算法解析微量气体成分的分布和变化，实　现我国对大气微量成分全球探测。　ＩＸ）ＡＳ算法以比尔定律为基础，根据分子瑞利散射和吸　收随波长变化的差异提取出目标气体的总量信息。星载大气　微量成分探测仪的定标是产品高精度定量化的前提和基础，　其中一项主要的定标是高光谱仪器狭缝函数的测量ｌ＿８＿９］。差　分吸收光谱仪数据反演的精度在很大程度上取决于对仪器狭　缝函数描述的精度，因此高精度的狭缝函数测量对星载大气　微量成分探测仪起着至关重要的作用。２００４年搭载于Ａｕｒａ　卫星上的臭氧监测仪ＯＭＩ（ｏｚｏｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｉｍａｇｅｒ）研制专　用的基于中阶梯光栅分光原理的衍射装置＿１　“　进行仪器狭　缝函数测量。中阶梯光栅有较少的线密度和较大的闪耀角，　具有高分辨率和色散率的特点，适用于仪器狭缝函数的测　量。　为了满足大气微量成分高精度测量需求，要求准确描述　星载高光谱大气微量成份探测仪的仪器狭缝函数，针对有效　载荷视场大、波段宽、空间分辨率和光谱分辨率高等特点，　研制了狭缝函数测量仪。本文主要介绍所研制的狭缝函数测　量仪的工作原理，并对高光谱大气微量成份探测仪进行全视　场的狭缝函数特性测量。　

狭缝函数测量仪的简介　１．１狭缝函数测量仪的工作原理　狭缝函数测量仪的光学示意图如图１所示。这里前光学　系统用有效面积为Ａｏ的单透镜代替。　

收稿日期：２０１５—１２—０２。修订日期：２０１６—０４—２６　基金项目：北京市科技委员会项目（ｚ１５１１０Ｏｏｏ３６１５（）（］１）资助　作者简介：毛靖华，１９９０年生，中国科学院大学博士研究生　ｅ－ｍａｉｌ：ｒｅｎｎｅ１２３０＠１２６．ｃｏｍ　＊通讯联系人　ｅ－ｍａｉｌ：ｗｙｍ＠ｎＳＳＣ．ａｃ．ｃｎ　第４期　光谱学与光谱分析　１２８７　图１狭缝函数测量仪的光学示意图　Ｆｉｇ．１　Ｓｋｅｔｃｈ　ｍａｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｌｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　

由图１可得，进入光谱仪狭缝的辐射功率为　ｃｎ　２　Ｐ—Ｅｓｏ（丌ｏｕ）Ａ０　／　（１）　

、…　其中，Ｅ。为距光源５０　ｃｍ处的辐照度，叼为前光学系统的效　

率，　为入射狭缝面积，Ａ　为光源在狭缝上像的面积，有　Ａ　—Ａｇ（Ｌ２／Ｌ１）　（２）　将式（２）代入式（１），得　Ｐ—Ｅ５ｏ叩（Ａ　／Ａ　）５０　Ｆ２　（３）　其中，Ｆ为光谱仪的Ｆ数，Ａ　为光源面积。从式（３）看出，　若光源像的宽和高均大于光谱仪入射狭缝的宽和高，则进入　光谱仪的能量仅与光源在５０　ｃｍ处的辐照度、前光学系统的　效率、入射狭缝和光源面积以及光谱仪的Ｆ数有关。　高光谱大气微量成份探测仪光谱分辨率优于０．６　ｎｍ，　为了准确描述仪器狭缝函数，需要狭缝函数测量仪光谱分辨　率高达０．０６　ｎｍ。根据光栅衍射方程　ｓｉｎａ＋ｓｉ　一ｒｎＸ／ｄ　（４）　式中ａ为光线入射角，　为衍射角，ｍ为衍射级次，　为中心　波长，ｄ为光栅常数。　由式（４）得出狭缝宽度对应的光谱增宽　一　（５）　式（５）中，　为光刻线密度，　为出射狭缝宽度，＿厂为出射焦　距长度。光栅刻线７９．Ｏ１　ｇｒｏｏｖｅｓ・ＩＴＩ１ＴＩ～，衍射角为７１．５。，　表１狭缝函数测量仪光谱分辨能力　Ｔａｂｌｅ　１　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｉｌｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　根据式（５），当准直镜焦距，一６１５．８９４　１ＴＩＩＩＩ时，对３７０￣５０５　ｎｍ光谱范围，狭缝函数测量仪的光谱分辨率为０．０３９　４～　０．０５７　８　ｎｍ，可满足测试要求。狭缝函数测量仪光谱分辨能　力如表１所示。　１．２狭缝函数测量仪的基本结构　狭缝函数测量仪由稳定光源系统、高分辨率中阶梯光栅　光谱仪和后光学系统三部分组成。结构中三部分为独立模　块，便于光源散热和出射光束可调。图２为狭缝函数测量仪　的结构图。　图２狭缝函数测量仪的结构图　Ｆｉｇ．２　Ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｌｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｍ￣ｉｎｓｅｔ　２测试过程与结果　２．１测试光源的选取　狭缝函数测量仪光源的选取需由待测的高光谱大气微量　成分探测仪的探测信号和探测能力决定。高光谱大气微量成　份探测仪在标准信号探测时的ＳＮＲ为１　０００。为此光源选用　日本浜松公司生产的Ｌ２４７９型超静氙灯，该光源具有输出功　率高、光能分布稳定等特点，光源主要辐射特性见表２。　

表２　Ｌ２４７９的主要辐射特性　Ｔａｂｌｅ　２　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　Ｌ２４７９　型号功率／ｗ弧长／ｍｍ—　堡　

Ｌ２４７９　３００　３．０　５．０６　狭缝函数测量仪中单片反射镜反射率为０．８７，光栅效率　为０．５，光源大小为３×１　１ｎ】ｍ２，狭缝大小为５．２×０．５砌ｍ２。　由式（２）和式（３），当输出光束在士２Ｏ　ｍｍ时，该系统输出辐　照度如表３所示。　

表３狭缝函数测量仪输出的光辐照度　Ｔａｂｌｅ　３　Ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｌｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　波长／ｎｍ　５０　ｃｍ处灯辐射照度／（“ｗ・ｃｍ　・ｎｍ）　仪器输出的光谱功率密度／（　Ｗ・ｎｍ　・ｃｍ０）　光谱分辨率／ｎｍ　仪器输出辐射功率密度／（ｔＬＷ・ｃｍ　）　ＳＮＲ　

４４０　５．Ｏ６　２．７　０．０６３　０．１７　９８０　

从表２可以看出，若采用３００　Ｗ的Ｌ２４７９氙灯，当输出　光束在，２ｏ　ｍｍ时，狭缝函数测量仪测量ＳＮＲ与标准信号测　量时的ＳＮＲ相当。　１２８８　光谱学与光谱分析　第３７卷　２．２仪器狭缝函数的测量　由于星载大气微量成分探测仪探测视场大，不可避免会　出现谱线弯曲的现象，且谱线弯曲不能调整到完全对称。为　了准确描述该载荷的仪器狭缝函数，需要在全视场范围内对　仪器狭缝函数进行测量。实验装置如图３所示，由光源、狭　缝函数测量仪、高精度转台、待测的高光谱大气微量成份探　测仪和计算机组成。　

图３实验装置示意图　Ｆｉｇ．３　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｌｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　

点亮光源，通过调整仪器积分时间和增益以保证获得较　高的信噪比。稳定１０　ｒａｉｎ后开始测量，记录ＣＣＤ感光区域　光谱数据ｓ　一ｓ…ｉ和　代表空间维行号，ｍ和ｎ代表光谱　维列号。每隔１Ｏ。转动高精度转台，记录下光谱数据Ｓ　一　Ｓ，，　，重复该过程，记录下全视场的光谱数据。　图４为高光谱大气微量成份探测仪位于中心视场时单次　测试输出信号。由图４可以看出，狭缝函数测量仪能一次输　出多条分布均匀的谱线，这些均匀分布的离散谱线被成像在　高光谱大气微量成分探测仪的面阵探测器上。　根据高光谱大气微量成分探测仪光谱响应范围，可以提　取信号较强的多条谱线（１４条），并分别对这些谱线进行拟　

４８１　４８２　４８３　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ　

３５００　３ｏ００　２５００　ｏｏ。　ｌ５００　１００ｏ　５００　Ｏ　３８０　４００　４２０　４４０　４６０　４８０　５００　５２０　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｌ￣ｎｍ　

图４高光谱大气微量成份探测仪单次测量输出谱线　Ｆｉｇ．４　Ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｌｉｎｅｓ　ｉｎ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｙｐｅｒｓｐｅｃ—　ｔｒａｌ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｔｒａｃｅ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　

合，得到仪器狭缝函数。　２．３测试结果与分析　对于理想光谱仪，仪器的狭缝函数是梯形或者是三角　形，实际中由于受衍射效应、散射效应以及像元响应函数的　非矩形等多种因素影响，高光谱遥感仪器每个波段的狭缝函　数曲线近似满足Ｇａｕｓｓ分布。仪器在中心波长的光谱分辨率　

一般用狭缝函数的半高宽表示。　图５（ａ）和（ｂ）为高光谱仪器在中心视场时，４８１．４和　４６２．７　ｎｍ的狭缝函数曲线，（ｃ）和（ｄ）为在边缘视场时，　４８１．４和４６２．７　ｎＩｎ的狭缝函数曲线。　图６（ａ）和（ｂ）为高光谱仪器在中心视场时，４５３．８和　４４５．３　ｎｍ的狭缝函数曲线，（ｃ）和（ｄ）为在边缘视场时，　４５３．８和４４５．３　ｎｍ的狭缝函数曲线。　

Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ａｍ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｍ　图５不同视场下４８１．４和４６２．７　ｎｎｌ的狭缝函数曲线　Ｆｉｇ．５　Ｔｈｅ　ｓｉｌｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　４８１．４，４６２．７　Ｂｉｎ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｉｅｌｄｓ