水色成像光谱仪杂散光特性分析及校正方法研究

发布时间：2020-08-28 09:23

　　海洋水色遥感是指利用机载或者星载的遥感器来探测海洋水色特征要素。对微弱水色目标的探测,其实质是在强背景干扰下的微弱信号提取,这对水色遥感仪器提出了高灵敏度要求;此外水色特征要素的特点要求遥感器具备很高的光谱分辨率。成像光谱技术能够实现很高的光谱分辨率,并且可以实现谱段的连续探测,而推扫式成像方式可以达到很高的灵敏度,因此推扫式成像光谱仪非常符合水色遥感的需求。本文针对一台应用于海洋水色遥感的推扫式成像光谱仪原理样机展开研究,该仪器在穿轨方向上存在杂散光,这会影响成像质量以及仪器的定量化使用。本文重点分析了该仪器杂散光的表现特点,并对可能产生杂光的部件进行了排查,接着对仪器的杂散光分布展开研究,并建立了其分布模型,最后利用该模型实现杂散光的校正,此外针对星上杂散光校正会遇到的高亮白云目标的饱和问题,提出了恢复饱和数据的方法。本文的主要研究内容包括:1、针对外场成像中存在的杂散光现象,分析其特点,分别针对组成系统的镜头、分光组件、消二级谱滤光片以及探测器和电路,设计了相关的实验以排查问题部件,并由此定位了产生杂散光的部件;2、设计实验测得有效光在不同视场位置时,仪器杂散光的空间分布,对其分布特性进行了详细地分析,根据其分布规律将杂散光分解为线性移变以及线性移不变部分,以此为基础建立了仪器杂散光的分布模型。利用该模型,设计了矩阵法来校正仪器的杂散光,此外还研究了图像复原领域的相关算法来校正仪器的杂散光;3、为了实现星上白云目标对水色信号的杂散光干扰的消除,需要首先对高亮白云目标的饱和信号予以恢复。分析了仪器设置的拖尾校正通道的原理,在理论上证实了它与其他工作通道数据的线性关系后,分别在积分球和太阳两种光源下都证实了这种关系的存在,以此为基础提出了星上白云目标饱和恢复的方法,即利用不饱和的拖尾通道数据和它与其他工作通道的线性关系,对饱和的工作通道数据在一定程度上予以恢复。
【学位单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TH744.1
【部分图文】：

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门的海洋水色卫星 HY-1A、HY-1B，搭载了海洋水色水温扫描仪 C成像仪 CZI，第三代水色遥感器呈现出波段数不断增加、光谱分辨断提高以及带宽变窄的趋势。光谱技术光谱技术概念光谱技术出现于 20 世纪 80 年代，它在多光谱遥感器基础上发展遥感发展史上的一次从概念到技术的创新[12]。传统的光学摄影仪图像，而光谱仪获取目标的连续光谱信息[13]。结合这两种仪器的优技术发展了起来。它的基本原理是：在对地物目标扫描成像时，将照波长划分为很多个狭窄的连续波段同时成像，这样就能同时获得多个光谱波段的图像。二维的空间信息和一维光谱信息构成三维的体，如图 1-1 所示：

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有多种分类方式。按照扫描方式和分光方式来分类谱仪类型及其特点。成像的方式按照扫描的方式可分为两大类。描式（摆扫型）成像光谱仪（或者叫摆扫型）成像光谱仪是由机械扫描和分光探为线阵探测器，其工作方式如图 1-2 所示。首先，成，对地物按照穿轨方向实现扫描。瞬时视场内的辐射，分光部件对入射辐射分光，分光之后不同波长的辐同光敏元上，因此每个光敏元的输出就是景物在特定器的像元个数同时也是成像光谱仪的波段数。随着方向的景物成像，最终形成连续的地物影像，由此得

成像光谱仪

式成像光谱仪最大的优点是能够实现大的视场，它的旋转来获得。此外，比较小的瞬时视场容易获得高也存在一些缺点，如整个系统比较复杂，系统中的运描式成像限制了像元的驻留时间，不利于系统的信经运行的成像光谱仪中，采用光机扫描式的占了率成像光谱仪（MODIS）、中国的“神舟三号”中分等，并且今后一段时间内，光机扫描式成像光谱仪式成像光谱仪帚式）成像光谱仪使用了面阵探测器，它与面阵探工作原理如图 1-3 所示。推扫式成像光谱仪工作射投在面阵探测器上，此时面阵探测器的一维获得条一维获取的单个像元光谱维的信息，通过平台的得垂直于狭缝的其他空间位置的信息，推扫式成图像数据立方体。

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