TDI CCD相机实验室辐射定标的研究

    引 言

    航天遥感器的辐射定标按定标场地的不同可分为：实验室定标、场地外定标和星上内定标。遥感器在发射前要进行实验室辐射定标，目的是建立遥感器入瞳处输入辐亮度和数字化输出之间的定量关系。为对不同辐亮度(随太阳天顶角和地物平均反射率而改变)的地面目标获得曝光量合适的推扫图像，合理地选择TDI CCD 的时间延迟积分级数以及放大器的增益提供有用的实验依据。

    相机的调光一般有以下三种方式：改变相对孔径，改变曝光时间，改变光学系统的透过率(即加不同比例的减光片)；而对于空间相机，特别是长焦距、大画幅(大视场光栏)相机而言，在透过率和相对孔径固定的情况下，由于采用线阵 TDI CCD 作为探测器，应用 TDI CCD 本身的特性，通过采用改变 TDI CCD 积分级数及其随后的视频放大器的增益来达到调光的目的。也就是说，在光照度较低的情况下，可以通过增长光积分时间的方式使输出信号达到所希望的幅度；或者，当光照较强时，可以通过缩短光积分时间的方式使输出信号达到所希望的幅度。通过视频放大器增益的调节，可以进一步扩大相机对不同地物辐亮度的适应性。通过地面实验室的辐射标定来确定如何选择时间延迟积分级数和放大器增益。

    1 相机辐射定标原理

    本相机采用线阵 TDI CCD 探测器按推扫方式工作，在一个光谱范围内探测器的一个像元产生的电子数可按下式表示[1]:

    式中 Se(λ)为探测器一个像元产生的电子数；Ad为探测器像元面积；F=f / D 为光学系统的 F 数；τo(λ)为光学系统的透过率(包括滤光片的透过率)；Tint为探测器的积分时间；h=6.624×10-34J.S 为 Plank 常数；c=2.998×108m/s 为光速；η(λ)为阵列器件的量子效率；λ为窄带中心波长；?λ=λ2-λ1为带宽；λ/hc 为波长为λ的窄带内单位能量中的光子数；L(λ)为光学系统入瞳处的光谱辐亮度。

    (1)式中除了 L(λ)，Tint外的其它项是与目标无关的量，完全是由遥感器的光学系统，接收器件等参数决定，可以看作是仪器在波长λ处，窄带?λ内的响应度：

    则式(1)可写为

    那么在带宽较窄的情况下，输出信号 Se(λ)可以看作与目标的辐亮度成正比，而在一定的波长范围λ1∼λ2内，探测器产生的电子数等于式(3)在λ1∼λ内的积分

    该相机的辐射定标是辐亮度定标，在实验室内用人工辐射源模拟了相机工作时的典型辐亮度值 L(λ)，一个探测器的像元产生的电子数由图像的灰度值来得到，在 CCD相机接受光谱范围内(0.5～0.8µm)来对遥感器进行响应度和响应度线性的定标。本实验采用的相机由四片线阵CCD(每片有 2048 个像元)拼接而成，具有 96、48、24、12、6 五挡时间延迟积分级数可调的，并配有增益可调的视频放大器。实验室辐射定标原理图见图 1。