一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标方法及装置，包括：根据实验室光谱辐射定标初值进行第一次外场光谱定标，得到高光谱成像仪的第一中心波长λ1和第一带宽FWHM1；根据第一次外场光谱定标的结果进行第一次外场绝对辐射定标，得到第一次外场绝对辐射定标的增益G1和偏置b1；根据第一次外场绝对辐射定标的结果进行第二次外场光谱定标，得到高光谱成像仪的第二中心波长λ2和第二带宽FWHM2；根据第二次外场光谱定标的结果进行第二次外场绝对辐射定标，得到第二次外场绝对辐射定标的增益G2和偏置b2；循环进行n轮光谱辐射定标直到得到的外场光谱辐射定标结果符合预设阈值。本发明专利技术能够有效提高数据利用效率，极大降低外场实验成本，提高外场光谱定标和绝对辐射定标的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遥感
，尤其涉及一种利用循环迭代算法进行高光谱成像仪外场光谱辐射定标的方法及装置。
技术介绍
高光谱成像仪数据定量化应用的前提是准确的光谱定标和绝对辐射定标。光谱定标的任务是确定高光谱成像仪每个波段的中心波长和带宽，绝对辐射定标的任务是建立高光谱成像仪每个波段的入瞳辐亮度L与输出DN(Digital Number)值的关系，其中光谱定标是开展绝对辐射定标的基础。按照实施过程，光谱、辐射定标分为实验室定标、外场定标、星上内定标等。对于机载和星载高光谱成像仪，由于发射过程中以及在轨运行期间，仪器的光学、机械和电子学部件的性能会发生改变，导致实验室辐射定标建立的DN值和入瞳辐亮度之间的关系发生改变，同时也会使像面上谱线位置发生改变。为了得到准确的光谱图像数据，必须对这些变化进行校正。因此，高光谱成像仪的飞行中/在轨外场定标成为一种必不可少的方法。现有技术中，外场的光谱定标与绝对辐射定标主要存在两大问题：第一、忽视光谱参数的变化对外场绝对辐射定标的影响。从理论上讲，必须先做外场光谱定标，再做外场绝对辐射定标，但现有技术通常省略外场光谱定标，直接采用实验室的光谱定标结果作为的外场绝对辐射定标的初始值，没有考虑到外场条件下光谱参数的变化对绝对辐射定标的影响，从而降低了绝对辐射定标的精度。第二、忽视光谱定标与绝对辐射定标两者之间的相互影响。在光谱定标算法中，需要用到绝对辐射定标系数，而外场绝对辐射定标系数的确定，必须建立在光谱定标的基础上。因此，外场光谱定标与绝对辐射定标形成了相互影响、相互依存的两个过程。如何在外场条件下同时提高光谱定标和绝对辐射定标的精度，成了一个难点。
技术实现思路
本专利技术提出了一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标的方法及装置，以解决现有技术中光谱定标与绝对辐射定标的分离、数据不能互相输入，导致外场光谱定标和绝对辐射定标精度不高的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标的方法，该方法包括：S101.根据实验室光谱辐射定标初值进行第一次外场光谱定标，得到高光谱成像仪的第一中心波长λ1和第一带宽FWHM1；S102.根据所述第一次外场光谱定标的结果进行第一次外场绝对辐射定标，得到第一绝对辐射定标系数，所述第一绝对辐射定标系数包括第一次外场绝对辐射定标的增益G1和偏置b1；S103.根据所述第一次外场绝对辐射定标的结果进行第二次外场光谱定标，得到高光谱成像仪的第二中心波长λ2和第二带宽FWHM2；S104.根据所述第二次外场光谱定标的结果进行第二次外场绝对辐射定标，得到第二绝对辐射定标系数，所述第二绝对辐射定标系数包括第二次外场绝对辐射定标的增益G2和偏置b2；S105.判断得到的外场光谱辐射定标结果是否符合预设条件，若是，则退出循环，否则根据所述第二次外场绝对辐射定标的结果，再次进行外场光谱定标和外场绝对辐射定标。优选地，所述步骤S101具体包括：进行实验室光谱定标和绝对辐射定标，测量所述高光谱成像仪的中心波长λ0、带宽FWHM0、绝对辐射响应增益K和暗电流DC；进行外场同步地面数据采集，获取预设的不同灰度、不同颜色的人工靶标的光谱数据、大气环境参数和靶标经纬度数据；以所述中心波长λ0、带宽FWHM0、绝对辐射响应增益K和暗电流DC作为初始值，通过采集到的所述外场同步地面数据，采用辐亮度匹配算法计算高光谱成像仪的中心波长和带宽的第一中心波长偏移量Δλ1和第一带宽偏移量ΔFWHM1；采用所述偏移量对所述高光谱成像仪的中心波长λ0、带宽FWHM0进行修正，得到高光谱成像仪的第一中心波长λ1和第一带宽FWHM1。优选地，所述步骤S102具体包括：获取所述高光谱成像仪的第一中心波长λ1和第一带宽FWHM1；根据所述第一中心波长λ1和第一带宽FWHM1，采用反射率基法外场绝对辐射定标模型，计算所述预设的人工靶标的第一入瞳辐亮度L1；根据所述第一入瞳辐亮度L1和DN值，计算第一绝对辐射定标系数。优选地，所述步骤S103具体包括：获取所述高光谱成像仪的第一中心波长λ1、第一带宽FWHM1和第一绝对辐射定标系数；以所述第一中心波长λ1、第一带宽FWHM1和第一绝对辐射定标系数作为初始值，通过采集到的所述外场同步地面数据，采用辐亮度匹配算法计算高光谱成像仪的中心波长和带宽的第二中心波长偏移量Δλ2和第二带宽偏移量ΔFWHM2；采用所述偏移量对所述高光谱成像仪的第一中心波长λ1和第一带宽FWHM1进行修正，得到高光谱成像仪的第二中心波长λ2和第二带宽FWHM2。优选地，所述步骤S104具体包括：获取所述高光谱成像仪的第二中心波长λ2和第二带宽FWHM2；根据所述第二中心波长λ2和第二带宽FWHM2，采用反射率基法外场绝对辐射定标模型，计算所述预设的人工靶标的第二入瞳辐亮度L2；根据所述第二入瞳辐亮度L2和DN值，计算第二绝对辐射定标系数。优选地，所述步骤S105中具体采用阈值法判断得到的外场光谱辐射定标结果是否符合预设条件。优选地，所述采用阈值法判断得到的外场光谱辐射定标结果是否符合预设条件具体包括：根据当前外场绝对辐射定标的结果Gn和bn，将所述人工靶标在影像上的DN值反演为入瞳辐亮度当前值Ln，公式如下：Ln＝Gn·DN+bn其中，Gn为当前外场绝对辐射定标的增益，bn为当前外场绝对辐射定标的偏置b2，DN为人工靶标在影像上的DN值；将所述人工靶标的同步测量的光谱数据输入MODTRAN辐射传输软件，得到入瞳辐亮度理想值L'n；计算所述入瞳辐亮度当前值Ln与入瞳辐亮度理想值L'n的绝对误差参数ABS，具体公式为：ABS=Σi=1k(Li,n′-Li,n)2]]>其中，L'i,n为理想的高光谱成像仪第i个波段的入瞳辐亮度，Li,n为影像反演的高光谱成像仪第i个波段的入瞳辐亮度，k为波段总数；判断连续两轮定标的绝对误差的差异ΔABSn,n-1是否满足预设阈值，若是，则退出循环，其中：ΔABSn,n-1=ABSn-ABSn-1(ABSn+ABSn-1)/2×100%]]>ABSn为第n轮定标的绝对误差，ABSn-1为第n-1轮定标的绝对误差。优选地，所述方法还包括计算外场光谱辐射定标结果，具体为：...

【技术保护点】
一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标方法，其特征在于，包括：S101.根据实验室光谱辐射定标初值进行第一次外场光谱定标，得到高光谱成像仪的第一中心波长λ1和第一带宽FWHM1；S102.根据所述第一次外场光谱定标的结果进行第一次外场绝对辐射定标，得到第一绝对辐射定标系数，所述第一绝对辐射定标系数包括第一次外场绝对辐射定标的增益G1和偏置b1；S103.根据所述第一次外场绝对辐射定标的结果进行第二次外场光谱定标，得到高光谱成像仪的第二中心波长λ2和第二带宽FWHM2；S104.根据所述第二次外场光谱定标的结果进行第二次外场绝对辐射定标，得到第二绝对辐射定标系数，所述第二绝对辐射定标系数包括第二次外场绝对辐射定标的增益G2和偏置b2；S105.判断得到的外场光谱辐射定标结果是否符合预设条件，若是，则退出循环，否则根据所述第二次外场绝对辐射定标的结果，再次进行外场光谱定标和外场绝对辐射定标。

【技术特征摘要】
1.一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标方法，其特征在于，包
括：
S101.根据实验室光谱辐射定标初值进行第一次外场光谱定标，
得到高光谱成像仪的第一中心波长λ1和第一带宽FWHM1；
S102.根据所述第一次外场光谱定标的结果进行第一次外场绝
对辐射定标，得到第一绝对辐射定标系数，所述第一绝对辐射定标
系数包括第一次外场绝对辐射定标的增益G1和偏置b1；
S103.根据所述第一次外场绝对辐射定标的结果进行第二次外
场光谱定标，得到高光谱成像仪的第二中心波长λ2和第二带宽
FWHM2；
S104.根据所述第二次外场光谱定标的结果进行第二次外场绝
对辐射定标，得到第二绝对辐射定标系数，所述第二绝对辐射定标
系数包括第二次外场绝对辐射定标的增益G2和偏置b2；
S105.判断得到的外场光谱辐射定标结果是否符合预设条件，若
是，则退出循环，否则根据所述第二次外场绝对辐射定标的结果，再
次进行外场光谱定标和外场绝对辐射定标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S101
具体包括：
进行实验室光谱定标和绝对辐射定标，测量所述高光谱成像仪
的中心波长λ0、带宽FWHM0、绝对辐射响应增益K和暗电流DC；
进行外场同步地面数据采集，获取预设的不同灰度、不同颜色
的人工靶标的光谱数据、大气环境参数和靶标经纬度数据；
以所述中心波长λ0、带宽FWHM0、绝对辐射响应增益K和暗电
流DC作为初始值，通过采集到的所述外场同步地面数据，采用辐亮
度匹配算法计算高光谱成像仪的中心波长和带宽的第一中心波长偏
移量Δλ1和第一带宽偏移量ΔFWHM1；
采用所述偏移量对所述高光谱成像仪的中心波长λ0、带宽
FWHM0进行修正，得到高光谱成像仪的第一中心波长λ1和第一带宽
FWHM1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S102
具体包括：
获取所述高光谱成像仪的第一中心波长λ1和第一带宽FWHM1；
根据所述第一中心波长λ1和第一带宽FWHM1，采用反射率基法
外场绝对辐射定标模型，计算所述预设的人工靶标的第一入瞳辐亮
度L1；
根据所述第一入瞳辐亮度L1和DN值，计算第一绝对辐射定标系
数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S103
具体包括：
获取所述高光谱成像仪的第一中心波长λ1、第一带宽FWHM1和
第一绝对辐射定标系数；
以所述第一中心波长λ1、第一带宽FWHM1和第一绝对辐射定标
系数作为初始值，通过采集到的所述外场同步地面数据，采用辐亮
度匹配算法计算高光谱成像仪的中心波长和带宽的第二中心波长偏
移量Δλ2和第二带宽偏移量ΔFWHM2；
采用所述偏移量对所述高光谱成像仪的第一中心波长λ1和第一
带宽FWHM1进行修正，得到高光谱成像仪的第二中心波长λ2和第二
带宽FWHM2。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S104
具体包括：
获取所述高光谱成像仪的第二中心波长λ2和第二带宽FWHM2；
根据所述第二中心波长λ2和第二带宽FWHM2，采用反射率基法
外场绝对辐射定标模型，计算所述预设的人工靶标的第二入瞳辐亮

\t度L2；
根据所述第二入瞳辐亮度L2和DN值，计算第二绝对辐射定标系
数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S105中
具体采用阈值法判断得到的外场光谱辐射定标结果是否符合预设条
件...

【专利技术属性】
技术研发人员：段依妮，张立福，吴太夏，黄长平，张红明，
申请(专利权)人：国家海洋环境预报中心，中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11