超光谱成像仪的实验室辐射定标

论文摘要

超光谱成像仪是一种定量获取景物图像与光谱信息的新一代光学遥感仪器,高分辨率超光谱成像仪以较高的地面分辨率获取目标的光谱图像数据。但是实际工作中,超光谱成像仪所获取的图像不仅与景物光谱及辐射亮度相关,同时也受大气散射、透过率、光学系统的衰减、光电成像转化效率以及电子学系统等其他因素影响,其输出的图像在层次和幅度对比关系上将与真实景物的辐射亮度图像产生严重的偏差,于是对超光谱成像仪进行完善的定标实验及其获得的高精度定标成果是完成各种高质量定量化遥感产品处理、支持产品定量化应用的基础。通过实验室辐射定标可以检测遥感仪器主要性能指标,获取辐射定标基本参数,初步建立图像反演公式。本文分析和总结了超光谱成像仪实验室辐射定标的意义和背景,介绍了辐射定标的概念、分类、内容以及实现方法,总结超光谱成像仪定标原理;针对超光谱成像仪的原理、特点以及定标内容的要求,提出具有可实施性的定标方法和步骤,完成了超光谱成像仪的实验室辐射定标,描述了超光谱成像仪的辐射特性。根据不同太阳高度角和地面反射率确定超光谱成像仪不同的工作模式,用积分球模拟不同模式下的典型辐射亮度,对超光谱成像仪不同谱段进行了辐射定标,包括绝对辐射系数定标、动态范围、响应非均匀性、非线性度、信噪比,得出各像元的绝对辐射响应度、光电响应的线性拟合曲线方程,以及均匀性校正系数,最后分析了引起辐射定标误差的来源,确定了辐射定标精度。实验表明超光谱成像仪PAN谱段在960码以内可严格保证响应线性,通过非均匀性校正可使得非均匀性从10%降低到0.3%左右,在典型工作条件下,积分时间为0.35ms时也可保证信噪比在380以上;对于VNIR谱段,当DN响应达到3900时,复合相关系数R2仍为0.9999,说明VNIR谱段具有较大的线性动态范围,通过校正,非均匀性可降低一倍左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.1.1 辐射定标的概念及意义
• 1.1.2 国内辐射定标的研究现状
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 超光谱成像仪介绍
• 1.2.2 超光谱成像仪的辐射定标技术研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容和论文结构安排
• 1.3.1 研究对象和工作的主要内容
• 1.3.2 论文的结构安排
• 第2章 成像光谱仪的成像原理
• 2.1 滤光片型成像光谱仪
• 2.2 光栅型成像光谱仪
• 2.3 干涉型成像光谱仪
• 2.4 本文选用某型号超光谱成像仪简介
• 第3章 超光谱成像仪的实验室辐射定标原理和方法
• 3.1定标分类
• 3.1.1 光谱定标
• 3.1.2 辐射定标
• 3.2 实验室辐射定标原理
• 3.3 辐射定标基本照明方案
• 3.3.1 远距离点源法
• 3.3.2 近距离扩展辐射源法
• 3.2.3 近距离点源法
• 3.4 超光谱成像仪实验室辐射定标内容
• 3.4.1 超光谱成像仪的绝对辐射定标
• 3.4.2 超光谱成像仪的相对定标
• 3.4.3 全色相机（PAN）的定标
• 3.4.4 星上定标光源的定标
• 第4章 超光谱成像仪的实验室辐射定标及数据分析
• 4.1 辐射定标设备的标准传递和标定
• 4.1.1 定标设备的组成
• 4.1.2 标准传递过程
• 4.1.3 标准传递的数据处理
• 4.1.4 积分球辐射亮度的建立
• 4.2 超光谱成像仪的实验室辐射定标实验
• 4.3 PAN谱段的辐射定标数据处理
• 4.3.1 工作点确定与在轨积分时间调整依据
• 4.3.2 绝对辐射定标系数计算
• 4.3.3 线性动态范围
• 4.3.4 非均匀性校正
• 4.3.5 信噪比计算
• 4.4 VNIR谱段的辐射定标
• 4.4.1 工作点的确定
• 4.4.2 绝对辐射定标系数计算
• 4.4.3 线性动态范围
• 4.4.4 非均匀性校正
• 4.4.5 信噪比
• 第5章 超光谱成像仪定标的不确定度分析
• 5.1 绝对辐射定标精度
• 5.2 相对辐射定标的精度
• 第六章 总结
• 参考文献
• 在学期间学术成果情况
• 指导教师及作者简介
• 致谢