图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法及系统，属于光谱学与遥感的交叉技术领域，包括：第一阶段：将整个测量谱段划分为若干谱段，在每一个谱段内利用光谱传感器采集黑体数据并去噪，计算得出多组系统辐射偏置与系统响应函数，从而求得该谱段内系统辐射偏置随温度变化的变化模型，获得各个谱段内的变化模型后，综合得到整个测量谱段内系统辐射偏置随温度变化的变化模型b(λ″)；第二阶段：在任一测量时刻，获得外场条件下的实时温度t，代入变化模型b(λ″)后，得到光系统辐射偏置b

【技术实现步骤摘要】
图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法及系统
本专利技术属于光谱学与遥感的交叉
，更具体地，涉及一种图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法及系统。
技术介绍
多光谱技术是根据被测对象的光谱响应与波长之间的关系来区分被测对象类型的方法。其中被测对象的辐射亮度(辐射强度)与波长之间的关系在被测对象的辐射特性研究中是最基本的描述，估计被测对象的辐射特性需要在实验室内通过黑体定标求得光谱传感器的系统辐射偏置与系统响应函数，并根据系统辐射偏置与系统响应函数将系统内部影响去除后可以得到被测对象的辐射特性。现有的系统辐射偏置与系统响应函数计算方法存在以下几个问题：(1)常用计算方法为两点校正法，但由于在室外条件下，观测设备中光谱传感器会受到环境温度影响，因而无法使用实验室内条件下测量计算得到的系统辐射偏置，也即是说，现有的校正方法缺乏适应环境温度变化的能力。(2)光谱探测型设备(图谱关联系统)的光谱传感器具有光谱响应的非均匀性，且其非均匀性在外场随环境温度非线性变化，其系统辐射偏置的非线性变化影响了探测设备的测谱准确度。总的来说，由于外场环境温度对光谱传感器的系统辐射偏置的不利影响，以及光谱传感器响应的非均匀性，直接将实验室内获得的系统辐射偏置校正的参数用于外场测量误差很大；在外场创造恒温条件进行测量，能够在一定程度上保证外场测量的准确度，但是，因为外场恒温条件成本高昂，且恒温装置体积庞大，适用性不高。因此必须专利技术在外场条件下的校正方法。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法及系统，其目的在于，预测光谱传感器在不同温度条件下的系统辐射偏置，以自适应环境温度的变化，同时对系统辐射偏置随温度变化的变化模型进行分波段修正，以应对光谱传感器响应的非均匀性，最终提高图谱关联系统的测谱准确度。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法，包括：第一阶段和第二阶段；第一阶段包括：将整个测量谱段划分为若干谱段，获得各个谱段内图谱关联系统中光谱传感器的系统辐射偏置随温度变化的变化模型后，综合得到整个测量谱段内系统辐射偏置随温度变化的变化模型b(λ″)；第二阶段包括：在任一测量时刻，获得外场条件下的实时温度t，代入变化模型b(λ″)后，得到光谱传感器实际的系统辐射偏置bt((λ″)，从而实现对光谱传感器的系统辐射偏置的自适应校正。在本专利技术在第一阶段，将整个测量谱段划分为若干谱段后，在划分得到的谱段内分别获得光谱传感器的系统辐射偏置随温度变化的变化模型，从而在本专利技术的第二阶段，根据外场的实时温度获取到的系统辐射偏置能够自适应外场温度的变化以及光谱传感器光谱响应的非均匀性，因此，本专利技术所获取到的系统辐射偏置与真实值更为接近，有利于提高图谱关联系统的测谱准确度。本专利技术无需依赖于外场的恒温条件和恒温装置，能够更好地将实验室内定标数据外推至室外条件。进一步地，在第一阶段中，对于划分得到的任意一个谱段[λm，λm+1]，获得该谱段内系统辐射偏置随温度变化的变化模型，包括：(S1)在室内光学定标环境下，利用光谱传感器在不同测量温度下，分别测量J个黑体的响应值；J个黑体的温度互不相同，J≥2；(S2)对于每一个测量温度Tk，对不同黑体的响应值采用最小二乘法进行拟合，从而得到测量温度Tk下的系统辐射偏置和系统响应函数k(λ)；k∈{1，2，…K}，K为测量温度的总数；(S3)在获得所有测量温度所对应的系统辐射偏置后，采用线性模型进行拟合，得到系统辐射偏置随温度变化的变化模型为：b(λ)＝d-aT，若a＜0，则设置a＝0，否则，a保持不变，最终得到谱段[λm，λm+1]内系统辐射偏置随温度变化的变化模型b(λ′)；d和a均为线性模型参数，λm和λm+1分别为谱段的波长下界和波长上界。进一步地，步骤(S1)包括：(S11)在室内光学定标环境下，对于任意一个黑体Blackj，在任意一个测量温度Tk下，利用光谱传感器测量测量测量黑体Blackj的n个响应值DN1(Tk，Blackj)(λ)～DNn(Tk，Blackj)(λ)，并进行去噪处理，从而得到黑体Blackj在测量温度Tk下的响应值n为正整数；(S12)在每一个测量温度下，分别执行步骤(S11)，从而得到黑体Blackj在各个测量温度下的响应值(S13)对于每一个黑体，分别执行步骤(S12)，从而得到各个黑体在各个测量温度下的响应值。本专利技术在每一个温度下测量每一个黑体的响应值时，都会测量多个样本，然后进行去噪处理，由此能够保证测量到的响应值逼近真实值。进一步地，步骤(S11)中，通过均值滤波处理或小波软阈值滤波处理对n个响应值DN1(Tk，Blackj)(λ)～DNn(Tk，Blackj)(λ)进行去噪处理。进一步地，本专利技术第一方面提供的图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法，第二阶段还包括：在的到自适应校正之后的系统辐射偏置bt(λ″)后，利用光谱传感器获得被测对象在实时温度t下的响应值DNtarger(λ，t)，根据辐射校正公式计算被测对象的真实辐射亮度G(λ，t)。本专利技术基于自适应外场温度的变化以及光谱传感器光谱响应的非均匀性的系统辐射偏置，计算被测对象的辐射亮度，能够反映被测对象真实的辐射特性。进一步地，本专利技术第一方面提供的图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法，第二阶段还包括：在获得被测对象的真实辐射亮度G(λ，t)后，与被测对象的实际面积相乘，从而得到被测对象的辐射强度。本专利技术在基于自适应外场温度的变化以及光谱传感器光谱响应的非均匀性的系统辐射偏置，计算被测对象的辐射亮度，进一步计算被测对象的辐射强度，能够适应不同被测对象的辐射特性分析需求。进一步地，步骤(S2)包括：将测量温度Tk下，每一个黑体的响应值分别代入公式S(λ，T)＝k(λ)H(λ，T)+b(λ)，以得到各黑体温度所对应的响应值；以黑体温度对应的辐射亮度为最小二乘模型的输入x，以黑体温度对应的响应值为最小二乘模型的输入y；根据将所求得的a作为测量温度Tk下的系统相应函数，将所求得的c作为测量温度Tk下的系统辐射偏置；其中，T表示黑体的温度，S(λ，T)表示温度为T的黑体的响应值，H(λ，T)表示温度为T的黑体的普朗克数据，b(λ)和k(λ)分别表示所述光谱传感器的系统辐射偏置和系统响应函数，表示y的均值。本专利技术利用多个不同温度的黑体测量某一温度下的系统辐射偏置和系统响应函数，相比于简单的两点校正法，有利于进一步提高所获取参数的准确性。进一步地，步骤(S3)中，采用线性模型进行拟合的方式包括：以测量温度为最小二乘模型的输入x，以系统辐射偏置为最小二乘模型的输入y；按照公式求得b(λ)＝d-aT；其中，表示y的均值。进一步地，步骤(S3)还包括：在采用线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法，其特征在于，包括：第一阶段和第二阶段；/n所述第一阶段包括：/n将整个测量谱段划分为若干谱段，获得各个谱段内所述图谱关联系统中光谱传感器的系统辐射偏置随温度变化的变化模型后，综合得到整个测量谱段内系统辐射偏置随温度变化的变化模型b(λ″)；/n所述第二阶段包括：/n在任一测量时刻，获得外场条件下的实时温度t，代入所述变化模型b(λ″)后，得到所述光谱传感器实际的系统辐射偏置b

【技术特征摘要】
1.一种图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法，其特征在于，包括：第一阶段和第二阶段；
所述第一阶段包括：
将整个测量谱段划分为若干谱段，获得各个谱段内所述图谱关联系统中光谱传感器的系统辐射偏置随温度变化的变化模型后，综合得到整个测量谱段内系统辐射偏置随温度变化的变化模型b(λ″)；
所述第二阶段包括：
在任一测量时刻，获得外场条件下的实时温度t，代入所述变化模型b(λ″)后，得到所述光谱传感器实际的系统辐射偏置bt(λ″)，从而实现对所述光谱传感器的系统辐射偏置的自适应校正。


2.如权利要求1所述的图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法，其特征在于，在所述第一阶段中，对于划分得到的任意一个谱段[λm，λm+1]，获得该谱段内所述系统辐射偏置随温度变化的变化模型，包括：
(S1)在室内光学定标环境下，利用所述光谱传感器在不同测量温度下，分别测量J个黑体的响应值；J个黑体的温度互不相同，J≥2；
(S2)对于每一个测量温度Tk，对不同黑体的响应值采用最小二乘法进行拟合，从而得到测量温度Tk下的系统辐射偏置和系统响应函数k(λ)；k∈{1，2，…K}，K为测量温度的总数；
(S3)在获得所有测量温度所对应的系统辐射偏置后，采用线性模型进行拟合，得到所述系统辐射偏置随温度变化的变化模型为：b(λ)＝d-aT，若a＜0，则设置a＝0，否则，a保持不变，最终得到谱段[λm，λm+1]内系统辐射偏置随温度变化的变化模型b(λ′)；d和a均为线性模型参数，λm和λm+1分别为谱段的波长下界和波长上界。


3.如权利要求2所述的图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法，其特征在于，所述步骤(S1)包括：
(S11)在室内光学定标环境下，对于任意一个黑体Blackj，在任意一个测量温度Tk下，利用所述光谱传感器测量测量测量黑体Blackj的n个响应值DN1(Tk，Blackj)(λ)～DNn(Tk，Blackj)(λ)，并进行去噪处理，从而得到黑体Blackj在测量温度Tk下的响应值n为正整数；
(S12)在每一个测量温度下，分别执行步骤(S11)，从而得到黑体Blackj在各个测量温度下的响应值
(S13)对于每一个黑体，分别执行步骤(S12)，从而得到各个黑体在各个测量温度下的响应值。


4.如权利要求3所述的图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法，其特征在于，所述步骤(S11)中，通过均值滤波处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，戴旺卓，吕思曼，陈全，董帅，郭诗嘉，郭婷，苏轩，
申请(专利权)人：华中科技大学，武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42