光栅型成像光谱仪杂散光校正技术研究

　　0 引 言

　　20 世纪 80 年代开始，成像光谱仪以能够获取高光谱分辨率景物或目标的高光谱图像，被广泛应用在航空、航天器上对陆地、大气、海洋等进行观测。光谱遥感的探测目标光谱信号微弱，而成像过程中如白天云层散射、反射等背景辐射产生的杂散光会使得目标信息淹没在噪声中，导致图像的对比度降低，谱线边缘模糊，影响物质谱线分析[1]。由此可以看出杂散光是影响光谱测量精度的重要原因之一。

        成像光谱仪是一种“图像与光谱合一”的光学遥感仪器，它利用入射狭缝将前置望远光学系统和光谱成像系统进行有机的结合在一起。目前，国内对成像光谱仪中望远镜系统的杂散光的分析、仿真、抑制的研究已较为成熟[2-4]，而对光谱系统的杂散光研究较少，20 世纪初对单色仪和非单色仪杂散光做了一些分析和抑制工作的研究[5-6]。近几年长春光学精密机械与物理研究所对成像光谱仪进行了杂散光抑制与校正的研究[7-8]。而国外对于光谱仪的杂散光进行了深入研究[9-11]。

　　1 光栅型成像光谱仪杂散光分析

　　成像光谱仪的光学系统由望远系统和光谱系统组成。光谱系统中杂散光是指输出正常通带范围以外的光辐射。在光栅型成像光谱仪中，理想的波段光谱响应函数R( λ) 应该是一个中心波长为 λi，波长带宽为Δλ的矩形函数。但实际中由于成像狭缝的宽度、光学系统的像差以及多元探测器像元之间的串音等因素的影响，实际的光谱响应可以用高斯函数表示，对于中心波长为 λi，波长带宽为Δλ 的光谱响应函数用高斯函数可表示为：

　　从图 1 的光谱响应函数曲线可知，不但光谱波段 Δλ内的目标信号被对应该波段的探测元接收，同时波长小于λi- 1 /2Δλ 和波长大于 λi+ 1 /2Δλ 部分信号也会被其他波段范围的探测器接收，影响系统光谱测量的精度。因此为了减小光谱测量误差，就必须对光谱带宽外的光谱信号进行修正。

　　2 杂散光修正原理

　　光栅型成像光谱仪中单一波长的光谱响应可用点扩散函数( PSF) 描述[7，9-11]。假设某一波长 λi单色光入射到成像光谱仪中，会成像于像面特定位置 J，响应 DN 值为vj，j; 而其他像元 I 的响应 DN 值为 vj，j( i = 1，2，…，j - 1，j +1，…，n - 1，n) 。光谱分布影响因子:

　　式中: A = D + I，C 为光谱仪杂散光修正矩阵，当光谱仪仪器结构不变的情况下，C 为常量。