高光谱成像仪光谱定标方法研究(2)
干涉成像光谱技术可分为两大类:一类是动镜型干涉成像光谱技术，也称为时间调制型干涉成像光谱技术;另一类是利用干涉仪在空间域(而不是在时间域)形成干涉图，从而克服了对运动部件的要求，形成了静态成像光谱技术，即无动镜干涉成像光谱技术。主要包括空间调制干涉成像光谱技术及在此基础上发展起来的大孔径静态干涉成像光谱技术和稳态偏振干涉成像光谱技术。综上所述，空间调制干涉成像光谱技术是近年来发展起来的一项高新科技，它是21世纪成像光谱技术研究领域的前沿，它们的诸多优点正在逐渐被人们所认识，也愈来愈得到各国政府、军方及国际成像光谱界的重视，可以预言:这种无动镜的静态干涉成像光谱技术必将是下一代成像光谱技术的代表。
为了将从干涉成像光谱仪采集到的干涉图象，通过处理得到目标的超光谱图象，就必须进行数据定标。定标系统的最终目的就是为了根据成像光谱仪的输出数据能准确定出所观察目标的光谱特性。其手段是测定成像光谱仪对一个已知辐射特性目标的响应。
根据光谱仪的原理、结构和用途的不同，需要采取不同的标定方法。以下为列出主要的标定分类。
一、辐射度定标和光谱辐射定标
1)辐射度定标
确定成像光谱仪在所要求的波段范围内的响应值，即建立成像光谱仪的输出电平与输入功率的关系。
2)光谱辐射定标
确定成像光谱仪随入射波长而变化的响应。
二、绝对定标和相对定标
1)绝对定标
通过各种标准辐射源，建立成像光谱仪的输入辐亮度(光谱辐亮度)与成像光谱仪输出量之间的定量关系。通过绝对定标可确定目标辐射的绝对值。
2)相对定标
确定各象元之间、选定象元不同波长之间或不同时间测得的辐射量的相对值。
干涉成像光谱仪需进行实验室绝对光谱定标和星上定标系统的实验室定标:还需利用星上定标系统进行星上相对辐射度定标精度和光程差定标。在条件许可的条件下，还应该利用地面校正场进行星上绝对辐射度定标。
2 成像光谱仪原理
成像光谱仪主要有三种不同的原理，分别是滤光片型、色散型和干涉型。这三种类型的光谱仪由于采用的原理不同，优缺点也不一样。滤光片型成像光谱仪原理上简单，结构也简单，容易实现。通常有可调谐滤光片和空间可变滤光片两种。色散型成像光谱仪利用特定的色散元件，可以截取连续谱段中的特定光谱。色散型成像光谱仪可以获得几十甚至上百个谱段的光谱信息，比滤光片型成像光谱仪应用更加广泛。干涉型成像光谱仪是出现最晚的一种。干涉光谱成像技术主要包括双光束干涉型和多光束干涉型两种。干涉型成像光谱仪能量利用率高，但是调试复杂，比较难得到理想的图像。
2.1滤光片型光谱成像仪原理
图2.1 滤光片型成像光谱仪原理示意图
滤光片型成像光谱仪主要由三部分组成，分别是滤光片，成像CCD，微机处理系统。滤光片有可调谐和不可调谐两种。
图2.2 滤光片转轮
滤光片转轮将许多个不同带通的滤光片集成在一个转轮上，通过电机的转动得到每个对应谱段的二文图像。这种结构简单易实现，但是由于滤光片的限制，不一定能匹配到所有的谱段，而且每一个滤光片都有一定的谱宽，这样得到的光谱图像信息是一个区间的，而不是一个点。
可调谐滤光片有声光可调谐滤光片[3]（AOTF，Acoustoopic tunable filter）和液晶可调谐滤光片[4][5]（LCTF，Liquid Crystal Tunable Filter）等。声光可调谐滤光片是根据声光作用原理制成的，高频抖动的光学弹性晶体在复色光照射下，某一频率的光会发生衍射，以一定的角度从晶体中透射出来，其余的光不改变方向。当改变抖动频率，即改变输入电压的时候，得到的衍射波长也不一样，由此可以通过连续的改变电压得到任意的波长。液晶可调谐滤光片是根据双折射效应制成的，也是通过改变电压的大小，对滤光片动态调制，可以获得精度相当高的窄波输出。