專利名稱：地物模擬光譜輻射定標(biāo)源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及應(yīng)用于空間相機的地物模擬光譜輻射定標(biāo)源。
背景技術(shù)：
空間相機對地物遙感成像，地面景物(簡稱“地物”)的光譜輻射亮度，大氣的光譜透過率對空間相機的成像質(zhì)量有直接作用和影響。太陽光照射到地物上，經(jīng)地物反射后，向上發(fā)射光譜輻射亮度，經(jīng)大氣傳輸后到達空間相機的入瞳，同時還有大氣后向散射光入射到空間相機的入瞳，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像到相機焦平面探測器上，再經(jīng)過其電子學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成圖像下傳至地面。不同地物具有不同的反射率，會形成不同的地物光譜輻射亮度，在圖像上呈現(xiàn)不同的灰度，使得在圖像上能將地物區(qū)分開。地面目標(biāo)與周圍的環(huán)境會相互干擾，在經(jīng)過大氣傳輸時，會受到大氣光譜透過率的影響，使得地物到達空間相機入瞳處的光譜輻射亮度發(fā)生改變。為此發(fā)明一套模擬裝置，該裝置能夠在實驗室內(nèi)模擬地面目標(biāo)經(jīng)過大氣傳輸?shù)竭_空間相機入瞳處的光譜輻射亮度。使用該地物模擬光譜輻射定標(biāo)源可定量地對空間相機進行模擬成像。檢驗空間相機的成像與輻射響應(yīng)性能，對空間相機的成像質(zhì)量評價等具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一套地物模擬光譜輻射定標(biāo)源裝置，模擬地物的光譜輻射亮度，經(jīng)過大氣傳輸后到達空間相機入瞳處的光譜輻射亮度，為空間相機的在軌成像提供實驗室真實的模擬光譜輻射定標(biāo)源。本發(fā)明地物模擬光譜輻射定標(biāo)源裝置，該裝置包括地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源、第一控制器、平行光管、大氣后向散射可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源、第二控制器、第一安裝孔、大氣透過率模擬器、第二安裝孔、大氣后向散射反射鏡組件、平行光管第一焦面和平行光管第二焦面；所述地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源的出光ロ位于所述平行光管第一焦面處，所述第一控制器與所述地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源連接；所述平行光管由平行光管主鏡筒、平行光管次鏡筒、平行光管次鏡、平行光管主鏡構(gòu)成，所述平行光管次鏡筒上分別設(shè)置第一安裝孔和第二安裝孔，所述第一安裝孔設(shè)置在靠近平行光管第一焦面的ー側(cè)，用于安裝大氣透過濾模擬器，所述第二安裝孔設(shè)置在靠近平行光管主鏡筒的一側(cè)，用于安裝大氣后向散射反射鏡組件，所述大氣后向散射可調(diào)諧光譜分布LED 積分球光源的出光ロ位于平行光管第二焦面處；所述第二控制器與所述大氣后向散射可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源連接。本發(fā)明是從空間相機的使用角度出發(fā)，在空間相機發(fā)射前，使用該裝置模擬空間相機對地物在軌成像，定量的模擬地物到空間相機的成像過程。通過該裝置可以檢驗相機成像的真實性、對空間相機最小可分辨對比度及輻射分辨力作出評價。對空間相機的成像能力和地物的輻射亮度反演具有重要價值。


圖1地物模擬光譜輻射定標(biāo)源裝置原理圖；圖2本發(fā)明裝置中大氣透過率模擬器和大氣后向散射反射鏡組件安裝位置圖。圖中1、地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源，2、第一控制器，3、平行光管，4、平行光管主鏡筒，5、平行光管次鏡筒，6、平行光管次鏡，7、平行光管主鏡，8、大氣后向散射可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源，9、第二控制器，10、第一安裝孔，11、大氣透過率模擬器，12、 第二安裝孔，13、大氣后向散射反射鏡組件，14、平行光管第一焦面，15、平行光管第二焦面。
具體實施例方式如圖1所示，地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源1是由多種波長的LED作為光源，所有種類的LED組合輸出的波段范圍可覆蓋400nm lOOOnm，每種LED組合有多只LED 組成。通過第一控制器2控制開關(guān)LED的種類和數(shù)量，使地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源1輸出所需的地物光譜輻射亮度，第一控制器2包含光纖光譜輻射計，可實時的監(jiān)視地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源1輸出的光譜輻亮度，并與所需輸出光譜輻射亮度的比對，如有偏差可實時做出調(diào)整，使二者保持一致。地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源1的出ロ放置在平行光管第一焦面14處。大氣后向散射模擬可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源 8的出光ロ位于平行光管第二焦面15處。在平行光管次鏡筒5上，在靠近平行光管第一焦面14的一側(cè)安裝第一安裝孔10，為了便于大氣透過率模擬器11的安裝采用插拔式的結(jié)構(gòu)， 即將大氣透過率模擬器11插入第一安裝孔10內(nèi)。在靠近平行光管主鏡筒4的一側(cè)安裝第 ニ安裝孔12，主要用于安裝大氣后向散射反射鏡組件13。大氣后向散射反射鏡組件13中的反射鏡為ー種無光譜選擇的低反射率高透過率的反射鏡，將平行光管第二焦面處發(fā)出的光經(jīng)過大氣后向散射反射鏡組件13反射鏡的反射后入射到平行光管次鏡6上。地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源1發(fā)出的光經(jīng)過大氣透過率模擬器11透過后，再經(jīng)大氣后向散射反射鏡組件13的反射鏡透射后入射到平行光管次鏡6上，與大氣后向散射模擬可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源8發(fā)出的光在平行光管次鏡6上混合，再由平行光管次鏡6反射后入射到平行光管主鏡7上，并經(jīng)過平行光管主鏡7反射后以平行光輸出。
大氣透過率模擬器11由一組模擬典型大氣條件的光譜透過率濾光片組件13組成，可根據(jù)需要進行更換。大氣后向散射模擬可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源8結(jié)構(gòu)與地物可調(diào)諧光譜分布 LED積分球光源1相同，通過第二控制器9控制開關(guān)LED的種類和數(shù)量，使大氣后向散射模擬可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源8輸出所需的大氣后向散射光譜輻射亮度。平行光管3的發(fā)散角要大于空間相機的瞬視場角，焦距為空間相機焦距的3 5 倍，平行光管3的反射鏡鍍膜要求對波長無選擇性。使用大氣傳輸軟件計算典型條件下的大氣透過率和大氣后向散射輻射亮度，制造與大氣光譜透過率相同的濾光片，制成大氣透過率模擬器11。大氣透過率模擬器11與其安裝孔10緊密配合，能使地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源1發(fā)出的光全部經(jīng)過平行光管次鏡6進入到平行光管3內(nèi)。大氣后向散射模擬器組件13由反射鏡和消光器組成，使得不能進入平行光管3主光路的光，如大氣后向散射模擬可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源8輸出的光經(jīng)反射鏡透射的光和地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源1發(fā)出的光經(jīng)反射鏡反射的光進入消光器，避免形成雜光入射到平行光管3內(nèi)。根據(jù)地物的反射率特征和不同太陽高角(9° 85° )下實測的標(biāo)準(zhǔn)白板(反射率100% )的光譜輻射亮度，計算該地物的光譜輻射亮度，控制地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源1輸出與地物對應(yīng)光譜輻射亮度，來模擬地物發(fā)出的光譜輻射亮度，經(jīng)過大氣透過率模擬器11后，由平行光管3入射到空間相機上。經(jīng)過軟件計算對應(yīng)大氣條下的大氣后向散射，通過大氣后向散射模擬可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源8模擬輸出，經(jīng)平行光管3 與地物光譜輻射亮度一起入射到空間相機上。按太陽高角，改變地物的輻射亮度，可以檢驗空間相機對該地物在不同太陽高角下的成像能力。更換地物，可以檢驗空間相機對不同地物的成像能力。如在相同的太陽高角下，將地物換為船艦和海水、城鎮(zhèn)與農(nóng)田、橋梁與河流等可以比較空間相機對兩種地物的成像能力及可分辨能力?？梢詸z驗空間相機成像的真實性、對空間相機最小可分辨對比度及輻射分辨力作出評價。同時對空間相機成像后的地物輻射亮度反演具有重要價值。本發(fā)明所使用的平行光管包括透射式和反射式平行光管。本發(fā)明不僅適用于空間相機，還適用于航空相機。
權(quán)利要求
1.地物模擬光譜輻射定標(biāo)源裝置，該裝置包括地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源 (1)、第一控制器O)、平行光管(3)、大氣后向散射可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源(8)、第 ニ控制器(9)、第一安裝孔(10)、大氣透過率模擬器(11)、第二安裝孔(12)、大氣后向散射反射鏡組件(13)、平行光管第一焦面(14)和平行光管第二焦面(15)，其特征在干，所述地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源(1)的出光ロ位于平行光管第一焦面(14)處，第一控制器( 與地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源(1)連接；所述平行光管(3)由平行光管主鏡筒(4)、平行光管次鏡筒( 、平行光管次鏡(6)、平行光管主鏡(7)構(gòu)成，所述平行光管次鏡筒( 上分別設(shè)置第一安裝孔(10)和第二安裝孔(12)，第一安裝孔(10)在靠近平行光管第一焦面(14)的ー側(cè)，用于安裝大氣透過濾模擬器(11)，第二安裝孔(12)位于靠近平行光管主鏡筒的一側(cè)，用于安裝大氣后向散射反射鏡組件(13)，大氣后向散射可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源(8)的出光ロ位于平行光管第二焦面(1 處；第二控制器(9)與大氣后向散射可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源(8)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地物模擬光譜輻射定標(biāo)源裝置，其特征在干，平行光管(3)的發(fā)散角大于空間相機的瞬視場角，焦距為空間相機的焦距的3 5倍，平行光管(3)的反射鏡鍍膜無波長選擇性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地物模擬光譜輻射定標(biāo)源裝置，其特征在干，所述大氣后向散射反射鏡組件(1 內(nèi)設(shè)置45°反射鏡，使平行光管C3)的光路發(fā)生90°偏轉(zhuǎn)，形成平行光管第二焦面(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地物模擬光譜輻射定標(biāo)源裝置，其特征在干，所述大氣后向散射反射鏡組件(13)中的45°反射鏡為ー種無光譜選擇的低反射率高透過率的反射鏡。
全文摘要
地物模擬光譜輻射定標(biāo)源裝置，屬于空間光學(xué)領(lǐng)域，本發(fā)明的目的是提供一套裝置為空間相機的在軌成像提供實驗室真實的模擬光譜輻射定標(biāo)源。該裝置包括地物可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源、第一控制器、平行光管、平行光管主鏡筒、平行光管次鏡筒、平行光管次鏡、平行光管主鏡、大氣后向散射可調(diào)諧光譜分布LED積分球光源、第二控制器、第一安裝孔、大氣透過率模擬器、第二安裝孔、大氣后向散射反射鏡組件、平行光管第一焦面、平行光管第二焦面。通過該裝置可以檢驗相機成像的真實性、對空間相機最小可分辨對比度及輻射分辨力作出評價，對空間相機的成像能力和地物的輻射亮度反演具有重要價值。
文檔編號G01J3/28GK102564590SQ20111044959
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者萬志, 任建偉, 劉則詢, 孫景旭, 李憲圣, 李葆勇 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所