利用积分球实现三波段照相机的辐射定标研究

     目前绝大多数光学成像系统为单波段系统,不能提供足够的信息对某一场景进行准确、可靠、全面地描述.利用多波段图像融合识别技术,可对同一场景在多个波段的图像数据进行融合处理,得到比单波段图像更为全面的信息,从而减少目标的丢失和误判.[1-10]多波段成像系统是多波段图像融合识别技术发展的前提,因此对多波段成像系统的研究显得尤为重要,该技术也越来越受到人们的关注与重视.

    本文用一个能响应3个波段的探测器共用一个光学系统,实现了照相机在紫外、可见、近红外波段的成像.测定了3个对应波段滤光片的透射率,确定了紫外、可见、近红外波段的探测器的输出图像灰度均值与入射光辐亮度和曝光时间的变化关系,为照相机适应测量环境和目标的要求提供了波段和曝光参数选择.

    1 实验装置

    三波段照相机在紫外、可见、近红外波段的光谱辐亮度校准示意图见图1.所用积分球由长春光学精密机械与物理研究所研制,积分球内径为1.50 m,出口直径为60 mm,积分球光源输出动态范围的调节是通过溴钨灯功率调节和灯的数量控制来实现的.以美国SVC公司生产的HR-1024型光谱辐射计实时监控积分球光源的动态输出范围.积分球光源在单盏灯(250 W)情况下的光谱辐亮度输出曲线见图2.由图2可见,在近红外波段其辐亮度的输出是很强的,在紫外波段则较弱.

    2 滤光片光谱透射率的测定

    为实现照相机成像波段可选的功能,在能响应3个波段的CCD探测器和成像物镜之间加可选择的滤光片,分别是处于350~380 nm波段的紫外滤光片,380~760 nm波段的可见光滤光片,以及760~1 000 nm波段的近红外滤光片.3个滤光片的光谱透射率见图3,从图3可见,紫外滤光片的中心波长位于358 nm,在此波段的光透射率最强,超过了85%.可见光和近红外滤光片在各自的光谱响应范围内,透射率分布均匀,分别达到了90%和95%.

    3 照相机在3个波段的光谱辐亮度定标结果

    照相机的曝光时间可调,设有0.125,0.25,0.5,1,2,4,8 ms.利用图1所示的实验装置,当滤光片分别选择紫外、可见、近红外波段时,在曝光时间不同时,分别对照相机进行了光谱辐亮度标定,获得了如图4)6的结果.

    从图4可见,在紫外波段,当曝光时间分别调节为4和8 ms时,图像的灰度均值随辐亮度的增长均满足线性关系.当辐亮度一定时,曝光时间越大,灰度均值越大.曝光时间小于4 ms时,照相机对此波段的光无响应,这是由于积分球光源在紫外波段的光谱辐亮度输出很弱导致的.