空间调制干涉光谱成像仪光谱定标技术研究

　　0　引言

　　干涉光谱成像技术是20世纪90年代前后发展起来的一种新型的光谱成像技术,由于它在原理上具有高光谱分辨率和高能量利用率等优点,近年来受到了广泛关注.

　　空间调制干涉光谱成像仪作为无动件的干涉光谱成像仪,与传统色散型光谱成像仪的区别在于它是基于干涉仪的干涉,在探测器上得到地物目标的一维空间信息和一维光谱信息,并通过推扫成像得到地物目标的另一维空间信息,因此近几年在航天航空领域、地矿资源的判别、减灾预报及环保、生物医学诊断、军事侦察等方面的应用发展很快[1-2].干涉光谱成像仪的定标是干涉光谱成像技术应用的一个重要环节,是指确定遥感器输出准确数值的过程,主要手段是测定遥感器对一个已知辐射特征目标的响应[3-4].定标主要包括光谱定标和辐射定标.光谱定标就是测量光谱成像仪随入射辐射波长变化的响应,其主要目的是确定探测器不同光谱通道中心波长的位置和光谱分辨率.光谱定标是保证干涉光谱成像仪真实有效的获得地物目标光谱的首要工作.本文研究了空间调制干涉光谱成像仪的光谱定标原理及实验方法,并评价了该光谱定标方法的不确定度.

　　1　光谱定标原理

　　光谱定标通过确定干涉图零光程差位置、频率以及最大光程差,确定各谱段的中心波长位置和光谱分辨率[5].空间调制型干涉光谱成像仪的光学系统原理见图1.

　　理论上,波数范围为υ1~υ2,空间调制干涉光谱成像仪输出信号为

　　式中:B(υ)表示入射光谱强度,L表示光程差,υ表示波数.

　　如果系统输入的是充满光瞳均匀的单色光,则单色光的干涉图是等间隔的干涉条纹,它的频率反映了波数υ1.干涉图的相位因子为2πvx=2πn,当n为正整数时干涉条纹为亮纹,n条亮纹的光程差xn表示为

　　式中:d表示干涉仪剪切量;Nn表示n对条纹占有的像元数;s表示光谱方向的像元尺寸;f表示付氏镜的焦距.若一个像元对应的光程差DOPD为

　　式中Nt为仪器面阵探测器的光谱方向的总像元数.由上可知,d/f的选取直接影响到光程差的计算.将具有已知中心波长的标准单色光输入干涉光谱成像仪,就可以计算干涉光谱成像仪实际的DOPD,得出仪器的最大光程差L.

　　半峰全宽,定义为截断函数半峰值处的宽度Δυ,为

　　Δυ=1.21/2L      (7)

　　仪器的光谱分辨率由Rayleigh法则确定,即

　　δv=1/2L      (8)

　　式中δυ表示波数分辨间隔.因此测得干涉图最大光程差,就可以确定光谱分辨率.