PGP成像光谱仪的全视场自动化光谱定标方法.pdf

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1、第34卷，第8期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．8，pp2289—22922014年8月SpectroscopyandSpectralAnalysisAugust，2014PGP成像光谱仪的全视场自动化光谱定标方法孙慈L，巴音贺希格，崔继承，潘明忠，李晓天，唐玉国1．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春1300332．中国科学院大学，北京100049摘要为了对PGP成像光谱仪所获得的光谱数据进行定量化分析，需对PGP成像光谱仪进行光谱定标，以获得各光谱通道的中心波长、光谱分辨率及成像光谱仪的光谱弯曲等光谱特性信息。采用单色准直光

2、法设计了一套全视场自动化的光谱定标系统，系统中引入球面镜为待测的成像光谱仪光谱定标提供准直光，通过可自动控制的折转镜改变定标入射光线的入射角，以此实现待测成像光谱仪空间维不同视场的自动化光谱定标。运用该定标系统对PGP成像光谱仪进行光谱定标实验，得到该成像光谱仪的光谱性能参数，并结合定标系统的结构特点，对实验的结果进行了精度分析。实验分析结果表明该系统对PGP成像光谱仪的中心波长定标精度达到0．1nm，光谱分辨率定标精度达到1．3。该研究设计的全视场自动化光谱定标系统具有结构新颖紧凑、通用性较强、光谱定标精度较高等特点，且由于自动化的控制，避免

3、了由于人为参与定标过程所带来的额外误差。该系统可用于实现PGP成像光谱仪及其他同类型成像光谱仪的光谱定标。关键词全视场光谱定标；PGP成像光谱仪；单色准直光法；光谱分辨率；谱线弯曲中图分类号：TH744．1文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2014}08—2289—04光谱仪的单个视场进行定标，而且无法获得待测成像光谱仪引言谱线弯曲信息。鉴于此，为了采用单色准直光法实现对PGP成像光谱仪的全视场光谱定标，本文利用球面镜提供准直PGP成像光谱仪(以下简称为成像光谱仪)可以获得探光，引入自动化控制的平面镜折转光

4、路，设计了一套小型化测目标的图像信息及其光谱信息，它基于棱镜一光栅一棱镜组全视场光谱定标系统，此定标系统具有小型化、结构紧凑通合的分光结构，综合了棱镜及光栅色散的优点，已被应用于用性强等特点。最后，运用此定标系统对PGP成像光谱仪进航空航天光谱成像遥感、高速集成实时光谱探测等方面『1]。行了光谱定标实验，并对定标精度进行了分析。为了采用成像光谱仪实现对探测目标光谱信息的定量化分析，需要对成像光谱仪进行光谱定标。PGP成像光谱仪成像原理光谱定标是确定成像光谱仪系统光谱特性指标的重要手段，通过光谱定标可以得到系统的光谱响应函数、光谱范PGP成像光谱

5、仪由前置望远系统、狭缝、准直镜、PGP围、各光谱通道的中心波长及光谱分辨率、谱线弯曲(smile)分光元件、成像镜和接收系统组成，棱镜一光栅一棱镜的分光等性能指标。成像光谱仪光谱定标方法主要有单色准直光定结构保证了光线直进直出，具结构紧凑、小巧便携性的优标方法、掺杂稀土元素漫反射板法和气体发射光谱灯法_2。]，点，PGP成像光谱仪光学结构如图1所示。其中单色准直光法因精确度较高而倍受青睐，具有代表性的PGP成像光谱仪以推扫成像方式扫描目标，成像光谱仪机载可见一红外成像光谱仪AVIRISE、超光谱成像仪COM—维光PASSE¨＼＼I／／f＼／l＼

6、———j>、机载推扫式成像光谱仪APEX_7等均采用单色准谱¨／／I』／＼I==≥己氧出维直光法进行光谱定标。目前国内基于单色准直光方法的成像光谱仪光谱定标系统主要采用单色仪和平行光管的组合方物镜狭缝准直镜PGP会聚镜像面式¨8，该组合方式具有快速定标的优势，但是只能对成像Fig．1SchematicdiagramofPGP~aagmgspectrometer收稿日期：2013—08—21。修订日期：2013—11—2O基金项目：国家自然科学基金项目(61108032)，吉林省科技发展计划(20126012)资助作者简介：孙慈，女，1988年生

7、，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所硕士研究生e-mail：sunci1822@163．corn*通讯联系人e-mail：bayin888@sina．corn2290光谱学与光谱分析第34卷面阵探测器可获得探测目标的二维信息，一维是空间的成像应，如图2所示)。(即空间维)，另一维是探测目标的光谱曲线(即光谱维)。待测PGP成像光谱仪的主要系统参数如表1所示。⋯⋯⋯‘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯’⋯⋯’；：；—=：==聿=：==+⋯⋯卜⋯．⋯．扣⋯．÷=：=车斗：Table1MainparametersofPGPhnagingspectrometer⋯⋯⋯

8、‘⋯}Ⅲ⋯’}¨⋯⋯’⋯⋯⋯‘⋯‘系统参数数值i光谱范围／rim4OO～1000⋯⋯⋯r⋯’r⋯‘r⋯⋯一r⋯’⋯F⋯r⋯’光谱分辨率／nm⋯⋯l；i