超光谱成像仪的精细光谱定标

　　1　引　言

　　超光谱成像仪是在多光谱成像遥感仪器的基础上，从20世纪80年代初发展起来的先进的新一代光学遥感仪器[1]，1982年，美国航空航天局(NASA)研制出了世界上首台航空成像光谱仪(Airborne　Imaging　Spectrometer，AIS)[2]，飞行试验获得的成像光谱数据在地矿勘探、植被分类等方面极具价值。

　　超光谱成像数据的应用价值，推动了星载超光谱成像仪的研制与应用，目前已经有多颗超光谱成像卫星在轨运行，包括美国的 HSI(Hyper-spectral　Imager)[3]，欧空局的ESA-HRIS(HighResolution　Imaging　Spectrometer)[4]和 PRISM(Process　Research　by　An　Imaging　SpaceMis-sion)[5]，美国海军NEMO计划中的COIS(Coast-al　Ocean　Imaging　Spectrometer)[6]，美国强力星(MightySat)II号上的 FTHSI(Fourier　TransferHyperspectral　Imager)[7]，欧洲PROBA 小卫星上的CHRIS(Compact　High　Resolution　ImagingSpectrometer)[8]和美国 EO-1卫星上的 HYPE-RION成像仪[9]等，这些高光谱成像仪提供的丰富高光谱数据已经在多个应用领域发挥了重要作用。

　　超光谱成像仪的光谱通道数较多，达100个以上，每个通道的带宽只有10～20nm，带宽和中心波长的定标精度不仅影响辐射定标的精度，还直接影响超光谱图像数据的应用，因此在超光谱成像仪发射前和在轨运行过程中都要监测各光谱通道的中心波长和带宽变化情况，以保证光谱定标的精度[10-11]，在一些特殊光谱波段还需要对探测器直接进行定标[12-13]。在实验室内实现超光谱成像仪精确光谱标定仍然采用单色准直光的方法，即利用单色仪获得单色光，然后利用平行光管将单色光转换成光谱定标所需的单色准直光，AVIRIS[14]、MODIS[15]、Hyperion[16]、COMPASS[17]等超光谱成像仪均采用了该定标方法。Hyperion还采用了漫反射板比值法[18]，针对机载超光谱成像仪建立了一些小口径光谱定标设备[19]。此外，为了监视超光谱成像仪在轨工作时光谱定标数据的变化，超光谱成像仪一般还采用在轨光谱定标与辐射定标，在轨辐射定标一般用星上定标源[20]、太阳和漫反射板定标[21-23]。

　　在轨运行的多台超光谱成像仪都采用了不同的在轨光谱定标方法，MODIS采用了3种方法进行在轨定标[24-25]，MERIS[26]、Hyperion[27]和CHRIS[28]采用大气吸收谱的方法进行在轨光谱定标，多种在轨光谱定标方法的综合运用可以有效提高光谱定标精度。

　　本文针对一台棱镜色散型超光谱成像仪的光谱定标，概述了超光谱成像仪的精细光谱定标原理，探讨了超光谱成像仪的谱线弯曲与校正问题，实验测试了超光谱成像仪随温度变化谱线漂移的情况，对超光谱成像仪在轨光谱校正提供了技术依据。本文还对光谱定标精度对辐射定标精度的影响进行了分析，并给出了星上光谱定标的实现方法。