一種色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法及裝置，其中校正方法包括計(jì)算第m列所有光譜通道中心波長與無偏離中心波長λj之間的歐氏距離，選擇距離最小的位置點(diǎn)s及中心波長為λm，s，在相鄰的光譜通道上選擇與s相鄰的位置點(diǎn)及中心波長；計(jì)算s對應(yīng)的中心波長λm，s與無偏離中心波長λj之間的歐氏距離，以及相鄰位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長與無偏離中心波長λj之間的歐氏距離；根據(jù)上述距離計(jì)算結(jié)果計(jì)算s對應(yīng)的中心波長λm，s的反距離權(quán)重值，以及相鄰位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長的反距離權(quán)重值；根據(jù)上述反距離權(quán)重值計(jì)算結(jié)果計(jì)算第m列對應(yīng)無偏離中心波長λj的光譜輻射能量值。采用反距離權(quán)重法進(jìn)行譜線彎曲校正，可以提高校正光譜的精度，算法簡單，計(jì)算速度快。
【專利說明】一種色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光譜成像儀【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種色散型光譜成像儀譜線彎曲校正 方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 光譜成像技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型信息獲取技術(shù)，可以同時(shí)獲 取目標(biāo)的二維空間信息和一維光譜信息，在民用和軍用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)分光方 式不同，光譜成像技術(shù)可以分為色散型、干涉型、可調(diào)諧濾光片型、計(jì)算層析型等。其中色散 型光譜成像技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也最為廣泛，但由于光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)誤差的存在，其譜線彎曲 (smile效應(yīng)）較大，因此，需要對每個(gè)像元進(jìn)行精確的光譜定標(biāo)，確定每個(gè)像元的工作中心 波長和光譜輻射帶寬，依據(jù)該中心波長矩陣可進(jìn)行譜線彎曲校正，從而實(shí)現(xiàn)輻射能量采集 的一致性。
[0003] 關(guān)于像元工作中心波長的標(biāo)定通常有兩種方法：譜線燈法和單色儀法。由于大多 數(shù)圖像分析系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)都認(rèn)為對應(yīng)一個(gè)光譜通道的所有空間像元具有相同的中心波長， 譜線彎曲破壞了色散型光譜成像儀穿軌方向同一行/列不同位置像元光譜輻射能量采集 的一致性，所以需要對系統(tǒng)采集到的輻射能量數(shù)據(jù)根據(jù)無偏離波長數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣以校正 輻射能量的偏差，提高光譜輻射能量的一致性。
[0004] 目前常用的譜線彎曲校正方法主要是插值法：認(rèn)為第j個(gè)光譜通道第i+m個(gè)像 元在第i個(gè)像元中心波長的光譜輻射能量近似值φ 可以從第i+m列像元采集到 的光譜輻射能量數(shù)據(jù)中重新構(gòu)建，即由光譜曲線上波長λ』附近的若干離散數(shù)據(jù)點(diǎn)插值得 至IJ。假設(shè)第i+m列像元采集到的光譜輻射能量數(shù)據(jù)為φ ?+π,2(λ?+π,2)，…， 辦 i+m，j-1 (入 i+m，j-1)，辦 i+m，j (入 i+m，j) ' 辦 i+m，j+l (入 i+m，j+i) ' ' 辦 i+m，n-1 (入 i+m，n-1)，辦 i+m，n (入 i+m，n) 其中n為通道數(shù)，只需將這些離散數(shù)據(jù)與一個(gè)被稱為插值核的有限長連續(xù)沖擊響應(yīng)卷積即 可得到第（i+m，j)個(gè)像元對應(yīng)第（i，j)個(gè)像元的中心波長λ」的光譜輻射能量值φ ' i+m, jO i,j)。該卷積核的具體形式可以是線性、三點(diǎn)二次多項(xiàng)式、四點(diǎn)三次Lagrange、五點(diǎn)四次 Lagrange、三次Hermite和三次樣條插值方法等。
[0005] 插值方法的選擇與光譜分辨率有關(guān)，不同插值方法在不同的光譜分辨率下其精度 不同，所以通用性不強(qiáng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法及裝置，提 高校正光譜的精度。
[0007] 本發(fā)明實(shí)施例的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法，包括：
[0009] 計(jì)算第m列所有光譜通道中心波長與無偏離中心波長λ ^之間的歐氏距離，選擇 距離最小的位置點(diǎn)s以及所述位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長為λπ,3，在相鄰的光譜通道上，選擇 與所述位置點(diǎn)S相鄰的位置點(diǎn)以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長，其中，m取值為1? N, j取值為1?M, M為穿軌方向的像素個(gè)數(shù)，N為沿軌方向的像素個(gè)數(shù)；
[0010] 計(jì)算所述位置點(diǎn)s對應(yīng)的中心波長λ m,s與無偏離中心波長^之間的歐氏距離， 以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長與無偏離中心波長\之間的歐氏距離；
[0011] 根據(jù)上述距離計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述位置點(diǎn)s對應(yīng)的中心波長λ m,s的反距離權(quán)重值， 以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長的反距離權(quán)重值；
[0012] 根據(jù)上述反距離權(quán)重值計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述第m列對應(yīng)所述無偏離中心波長λ j的 光譜輻射能量值。
[0013] 一種色散型光譜成像儀譜線彎曲校正裝置，包括：
[0014] 位置確定單元，用于計(jì)算第m列所有光譜通道中心波長與無偏離中心波長λ j之 間的歐氏距離，選擇距離最小的位置點(diǎn)s以及所述位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長為λ m,s，在相鄰 的光譜通道上，選擇與所述位置點(diǎn)s相鄰的位置點(diǎn)以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波 長,其中，m取值為1?N, j取值為1?M, M為穿軌方向的像素個(gè)數(shù)，N為沿軌方向的像素 個(gè)數(shù)；
[0015] 距離確定單元，用于計(jì)算所述位置點(diǎn)S對應(yīng)的中心波長λ_與無偏離中心波長 λ j之間的歐氏距離，以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長與無偏離中心波長\之間的 歐氏距離；
[0016] 權(quán)重確定單元，用于根據(jù)上述距離確定單元的計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述位置點(diǎn)S對應(yīng)的 中心波長λ_的反距離權(quán)重值，以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長的反距離權(quán)重值；
[0017] 光譜輻射能量確定單元，用于根據(jù)權(quán)重確定單元的計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述第m列對應(yīng) 所述無偏離中心波長\的光譜輻射能量值。
[0018] 由上述本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，通過計(jì)算與無偏離中心波長最接 近的多個(gè)點(diǎn)的距離，計(jì)算這些點(diǎn)對無偏離中心波長的權(quán)重貢獻(xiàn)，根據(jù)權(quán)重貢獻(xiàn)值對該中心 波長對應(yīng)的光譜輻射能量重新計(jì)算賦值，從而最大程度地保留了相鄰波段間的關(guān)系，光譜 保真性更高，且算法簡單，計(jì)算速度快。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法的流程示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例色散型光譜成像儀譜線彎曲校正裝置的構(gòu)成示意圖。
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法中譜線彎曲示意圖。
[0023] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法的應(yīng)用示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例一種色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法，包括：
[0026] 11、計(jì)算第m列所有光譜通道中心波長與無偏離中心波長λ ^之間的歐氏距離，選 擇距離最小的位置點(diǎn)s，以及所述位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長為λπ,3，在相鄰的光譜通道上，選 擇與所述位置點(diǎn)s相鄰的位置點(diǎn)以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長，其中，m取值為 1?N, j取值為1?M, M為穿軌方向的像素個(gè)數(shù)，N為沿軌方向的像素個(gè)數(shù)；
[0027] 12、計(jì)算所述位置點(diǎn)s對應(yīng)的中心波長λ m,s與無偏離中心波長λ ^之間的歐氏距 離，以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長與無偏離中心波長\之間的歐氏距離；
[0028] 13、根據(jù)上述距離計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述位置點(diǎn)s對應(yīng)的中心波長λ m,s的反距離權(quán)重 值，以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長的反距離權(quán)重值；
[0029] 14、根據(jù)上述反距離權(quán)重值計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述第m列對應(yīng)所述無偏離中心波長λ」 的光譜輻射能量值。
[0030] 由上述本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，通過計(jì)算與無偏離中心波長最接 近的若干點(diǎn)的距離，計(jì)算這些點(diǎn)對無偏離中心波長的權(quán)重貢獻(xiàn)，根據(jù)權(quán)重貢獻(xiàn)值對該中心 波長對應(yīng)的光譜輻射能量重新計(jì)算賦值，從而最大程度地保留了相鄰波段間的關(guān)系，光譜 保真性更高，且算法簡單，計(jì)算速度快。
[0031] 本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可以理解，計(jì)算第m列所有光譜通道中心波長與無 偏離中心波長\之間的歐氏距離的實(shí)現(xiàn)方式，在此不作贅述。
[0032] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，計(jì)算第m列所有光譜通道中心波長與無偏離中心波長 λ j之間的歐氏距離，選擇距離最小的位置點(diǎn)，可以假設(shè)為s。
[0033] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本文涉及的歐氏距離均指歐氏距離，本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解歐氏距離，在此不作贅述。
[0034] 本發(fā)明實(shí)施例色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法，可以選與無偏離中心波長最 接近的點(diǎn)為兩個(gè)點(diǎn)、三個(gè)點(diǎn)、四個(gè)點(diǎn)、五個(gè)點(diǎn)等，不做嚴(yán)格限制。
[0035] 可選的，確定與所述位置點(diǎn)s相鄰的位置點(diǎn)可以為：
[0036] 確定與所述位置點(diǎn)s相鄰前位置點(diǎn)s-Ι,或者,確定與所述位置點(diǎn)s相鄰后位置點(diǎn) s+1 〇
[0037] 可見，選位置點(diǎn)s附近的1個(gè)點(diǎn)，即與無偏離中心波長最接近的點(diǎn)為2個(gè)。
[0038] 可選的,確定與所述位置點(diǎn)s相鄰的位置點(diǎn)為：
[0039] 確定與所述位置點(diǎn)s前后相鄰3個(gè)位置點(diǎn)；
[0040] 或者,確定與所述位置點(diǎn)s前后相鄰4個(gè)位置點(diǎn)。
[0041] 可見，選位置點(diǎn)S附近的3個(gè)點(diǎn)，即與無偏離中心波長最接近的點(diǎn)為4個(gè)。
[0042] 選位置點(diǎn)s附近的4個(gè)點(diǎn)，即與無偏離中心波長最接近的點(diǎn)為5個(gè)。
[0043] 考慮到計(jì)算精度和計(jì)算速度，以三到四個(gè)點(diǎn)為佳，以三個(gè)點(diǎn)為例：
[0044] 確定與所述位置點(diǎn)s相鄰前位置點(diǎn)s-Ι以及后位置點(diǎn)s+1 ;
[0045] 此時(shí),得到所述前位置點(diǎn)s-Ι對應(yīng)的中心波長以及所述后位置點(diǎn)s+1對應(yīng) 的中心波長X ni stl ;
[0046] 計(jì)算中心波長λ 與無偏離中心波長Xj之間的歐氏距離Λ s_i，中心波長Anus 與無偏離中心波長λ ^之間的歐氏距離As，以及中心波長λ ￥+1與無偏離中心波長λ』之 間的歐氏距尚八 S+1，其中，Δ η = I λ m, s_「λ j I ; Δ s = I λ m, λ j I ; Δ s+1 = I λ m, s+「λ j I ;
[0047] 計(jì)算中心波長的反距離權(quán)重值Qp1，中心波長λπ, s的反距離權(quán)重值Qs，以及中心波長Anjstl的反距離權(quán)重值Q s+1，其

【權(quán)利要求】
1. 一種色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法，其特征在于，包括： 計(jì)算第m列所有光譜通道中心波長與無偏離中心波長\之間的歐氏距離，選擇距離 最小的位置點(diǎn)s以及所述位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長為λπ,3，在相鄰的光譜通道上，選擇與所 述位置點(diǎn)s相鄰的位置點(diǎn)以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長,其中，m取值為1?Ν,j 取值為1?M,M為穿軌方向的像素個(gè)數(shù)，N為沿軌方向的像素個(gè)數(shù)； 計(jì)算所述位置點(diǎn)s對應(yīng)的中心波長λm,s與無偏離中心波長λ^之間的歐氏距離，以及 所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長與無偏離中心波長\之間的歐氏距離； 根據(jù)上述距離計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述位置點(diǎn)s對應(yīng)的中心波長λm,s的反距離權(quán)重值，以及 所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長的反距離權(quán)重值； 根據(jù)上述反距離權(quán)重值計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述第m列對應(yīng)所述無偏離中心波長λ^的光譜 輻射能量值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法，其特征在于，確定與 所述位置點(diǎn)s相鄰的位置點(diǎn)為：確定與所述位置點(diǎn)s相鄰前位置點(diǎn)s-Ι以及后位置點(diǎn)s+1; 此時(shí)，得到所述前位置點(diǎn)s-Ι對應(yīng)的中心波長AniI1以及所述后位置點(diǎn)S+1對應(yīng)的中 心波長λm,s+1 ; 計(jì)算中心波長λid與無偏離中心波長λ^之間的歐氏距離Λs_i，中心波長λm,s與無 偏離中心波長\之間的歐氏距離As，以及中心波長λmm與無偏離中心波長\之間的 歐氏距尚Δs+1，其中，Δη=Iλm,λfI;Δs=Iλm,λfI;Δs+1 =Iλm, s+卜λfI; 計(jì)算中心波長AniH的反距離權(quán)重值Qs_i，中心波長Anis的反距離權(quán)重值Qs， 以及中心波長λ_+1的反距離權(quán)重值Qs+1，其中，Ii=ι/Δ^1+?/4+ι/Λ5+1
計(jì)算所述第m列對應(yīng)所述無偏離中心波長勺光譜輻射能量值，φ'm,f(Af) =uu.UUD .Qs+1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法，其特征在于，確定與 所述位置點(diǎn)S相鄰的位置點(diǎn)為： 確定與所述位置點(diǎn)S相鄰前位置點(diǎn)S-I，或者，確定與所述位置點(diǎn)s相鄰后位置點(diǎn)s+1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的色散型光譜成像儀譜線彎曲校正方法，其特征在于，確定與 所述位置點(diǎn)S相鄰的位置點(diǎn)為： 確定與所述位置點(diǎn)s前后相鄰3個(gè)位置點(diǎn)； 或者，確定與所述位置點(diǎn)s前后相鄰4個(gè)位置點(diǎn)。
5. -種色散型光譜成像儀譜線彎曲校正裝置，其特征在于，包括： 位置確定單元，用計(jì)算第m列所有光譜通道中心波長與無偏離中心波長λ^之間的歐 氏距離，選擇距離最小的位置點(diǎn)s以及所述位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長為λm,s，在相鄰的光譜 通道上，選擇與所述位置點(diǎn)s相鄰的位置點(diǎn)以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長，其中， m取值為1?N,j取值為1?M,M為穿軌方向的像素個(gè)數(shù)，N為沿軌方向的像素個(gè)數(shù)； 距離確定單元，用于計(jì)算所述位置點(diǎn)S對應(yīng)的中心波長λ_與無偏離中心波長\』之 間的歐氏距離，以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長與無偏離中心波長\之間的歐氏 距離； 權(quán)重確定單元，用于根據(jù)上述距離確定單元的計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述位置點(diǎn)S對應(yīng)的中心 波長λm,s的反距離權(quán)重值，以及所述相鄰的位置點(diǎn)對應(yīng)的中心波長的反距離權(quán)重值； 光譜輻射能量確定單元，用于根據(jù)權(quán)重確定單元的計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述第m列對應(yīng)所述 無偏離中心波長\的光譜輻射能量值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的色散型光譜成像儀譜線彎曲校正裝置，其特征在于，所述位 置確定單元，具體用于：確定與所述位置點(diǎn)s相鄰前位置點(diǎn)s-1以及后位置點(diǎn)s+1; 此時(shí)，所述距離確定單元，用于得到所述前位置點(diǎn)s-1對應(yīng)的中心波長λ 以及所述 后位置點(diǎn)s+1對應(yīng)的中心波長Xm,s+1 ; 所述權(quán)重確定單元，用于計(jì)算中心波長λπ,Η與無偏離中心波長\之間的歐氏距離As+中心波長Anus與無偏離中心波長λ^之間的歐氏距離As，以及中心波長Anbstl與無 偏離中心波長λ』之間的歐氏距離As+1，其中，Ap1 =IXm,s_「Xf| ;As=IXm,s-Xf| ;As+1 =I入m,s+l_ 入fI; 所述光譜輻射能量確定單元，用于計(jì)算中心波長AniI1的反距離權(quán)重值^+ 中心波長Xnis的反距離權(quán)重值Qs，以及中心波長Xnistl的反距離權(quán)重值QS+1，其中，
計(jì)算所述第m列對應(yīng)所述無偏離中心波長\的光譜輻射能量值φ' m, f(Xf) - Φηι, s-l(入m, S-1) · Qs-I+Φηι, s(入m, s) · Qs+Φηι, S+1(入m, s+1) · Qs+1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的色散型光譜成像儀譜線彎曲校正裝置，其特征在于，所述位 置確定單元，具體用于： 確定與所述位置點(diǎn)s相鄰前位置點(diǎn)s-Ι，或者，確定與所述位置點(diǎn)s相鄰后位置點(diǎn)s+1。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的色散型光譜成像儀譜線彎曲校正裝置，其特征在于，所述位 置確定單元，具體用于： 確定與所述位置點(diǎn)s前后相鄰3個(gè)位置點(diǎn)； 或者，確定與所述位置點(diǎn)s前后相鄰4個(gè)位置點(diǎn)。
【文檔編號】G01M11/00GK104316183SQ201410648131
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月15日
【發(fā)明者】景娟娟, 周錦松, 張雪靜, 李雅燦, 曾曉茹 申請人:中國科學(xué)院光電研究院