成像光谱仪光谱定标

　　1 引 言

　　成像光谱仪把传统的二维成像遥感技术和光谱技术有机地结合在一起， 在成像系统获得景物空间信息的同时， 通过光谱仪系统把景物的光谱辐射分解成许多相互邻接的狭窄光谱波段的辐射，获得每个景物像元的光谱信息[1]。成像光谱仪获得地物光谱特征并从背景中识别物体的能力，已经应用于从自然环境监测到军事目标识别的遥感各个领域[2]。

　　遥感信息定量化通过实验或物理模型将采集到的遥感信息和观察目标参量联系起来， 并反演或推算出地学、 生物学和大气等观测目标参量， 它是遥感当前重要的发展方向之一　　。遥感信息定量化要求对成像光谱仪进行精确的光谱定标， 利用光谱定标结果通过辐射定标获得各光谱通道中心波长处的光谱响应函数，从而由成像光谱仪观测图谱数据反演出观测目标参量[3]。本文介绍了成像光谱仪光谱定标的原理和现有光谱定标方法， 并对未来成像光谱仪光谱定标技术进行了展望。

　　2 光谱定标原理

　　成像光谱仪光谱定标就是确定成像光谱仪各光谱通道的中心波长和光谱带宽， 成像光谱仪的光谱响应函数可以表示为如下形式：

　　式 (1) 中， △λ 为光谱响应函数的半峰值全宽。实验室中通常使用光谱带宽小于成像光谱仪光谱带宽1/10的单色仪对成像光谱仪进行光谱定标， 同一光谱通道不同景物像元的中心波长也会不同， 这种成像光谱仪像面上的光谱记录误差就是smile[4]， 表现为沿穿轨方向中心波长的偏离， 光谱曲线的峰值通常位于图像的中心， 所以叫 smile 或 frown 效应。 smile 效应是由于色散元件(光栅、 棱镜) 的空间畸变和准直、成像光学系统的像差引起的。光谱定标和smile测定过程如图1 所示， 图中一个光谱通道有 1 024 个像元， T1~T5表示数据不同采集时刻， λi为相应中心波长。 通过单色仪在待定标波长附近区域扫描波长，得到某一光谱通道对一系列单色波长的响应， 把得到的数据点做高斯曲线拟合，相对最大值作归一化处理，两端响应最大值的1%作为波段的响应带宽，两端响应50%的波长差作为光谱带宽， 光谱带宽的中间值作为谱段的中心波长。

3 光谱定标方法

　　成像光谱仪的光谱定标通常将宽带光源发出的辐射耦合进单色仪中， 经准直镜产生单色平行光对成像光谱仪进行光谱定标。 图 2 和图 3 分别为中科院上海技术物理研究所研制成功的中分辨率航空多光谱扫描仪MAIS[5]和美国航空航天局地球观测一号上搭载的ALI[6]的光谱定标示意图， MAIS 的准直扩束系统采用球面镜， ALI的准直扩束系统采用抛物面　　镜， 二者都存在中心遮拦， 不能实现对仪器视场的均匀照明。