光栅成像光谱仪畸变分析与测量

发布时间：2020-05-09 11:33

【摘要】：光栅成像光谱仪具有线性度好、色散范围宽、可同时获取目标的图像信息和光谱信息等特点,在遥感领域具有广泛应用。畸变(包括谱线弯曲和色畸变)是光栅成像光谱仪的重要指标参数之一,会直接影响光栅成像光谱仪获取图像和光谱信息的质量。因此,研究、分析和测量光栅成像光谱仪的畸变具有重要意义。本文首先概述了各类成像光谱仪的优缺点和光栅成像光谱仪的工作原理,介绍了国内外对成像光谱仪畸变的仿真和测量方法。采用矢量衍射理论推导了平面光栅成像光谱仪的谱线弯曲和色畸变公式,说明了畸变的成因及其对光栅成像光谱仪采集数据的影响。然后,仿真分析了畸变对光栅成像光谱仪(系统)采集的光谱信号和图像信号的影响。以允许光谱最大偏差5%作为畸变对光谱信号影响的评价标准,采用高斯型光谱响应函数,结合大气仿真数据,仿真分析了可见近红外光谱(0.4~1μm)范围内系统具有不同光谱分辨率时,不同谱线弯曲量对光谱信号的影响;假定系统的空间响应函数为矩形函数,利用实际高光谱数据,仿真分析了色畸变对光谱信号的影响;得到了系统所能允许的最大谱线弯曲量和色畸变量。以图像峰值信噪比≥30d B作为评价标准,利用实际高光谱数据,仿真分析了不同谱线弯曲量和色畸变量对图像信号的影响。在分析已有畸变测量方法优缺点的基础上,提出了适于本实验室研制的Offner结构光栅成像光谱仪的畸变测量系统——“谱线灯+离轴抛物面镜+平面反射镜+待测成像光谱仪+小像元探测器”,利用Zemax和Solidworks软件仿真分析了该测量系统的可行性。最后,介绍了测量不确定度的评定方法,分析了畸变测量系统不确定度的来源,给出了畸变的最佳估计值和扩展不确定度。本文工作为进一步开展高保真成像光谱仪的研制提供了技术基础。
【图文】：

图 1.1（a）光栅成像光谱仪的工作原理图；（b）三维数据立像光谱仪设计过程中存在重要的评价指标——畸变，，可弯曲定义为狭缝像边缘视场和中心视场在光谱维方向上为不同波长狭缝像的长度相对于参考波长狭缝像长度的异，如图 1.2 所示。（a）（狭缝望远系统色畸变

成像光谱仪畸变分析与测量 第一章 绪2013 年，中国科学技术大学的钱路路在博士论文中，结合实际高光谱数据，析了畸变对计算成像光谱仪的光谱信号和图像的影响，得出：在光谱分辨率m 时，计算成像光谱仪的谱线弯曲和色畸变需要控制在半个像元宽度以内[17]。2015 年，长春光机所的杨增鹏在博士论文中也采用“单色仪+平行光管”的方棱镜-光栅型高光谱成像光谱仪的谱线弯曲为 0.25 个像元宽度，其测量装置图.3 所示[1]。成像光谱仪 平行光管 单色仪 光源 电源
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH744.1

【参考文献】

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本文编号：2656077