本發(fā)明涉及光學(xué)計(jì)量與測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法及裝置。

背景技術(shù)：

光譜響應(yīng)是遙感儀器的重要參數(shù)，是光學(xué)部件反射和透射特性以及探測(cè)器件光譜響應(yīng)特性的綜合表現(xiàn)。它決定遙感器對(duì)輻射的光譜響應(yīng)特征，直接影響觀測(cè)到的地球目標(biāo)輻射及星上定標(biāo)裝置的反射或發(fā)射輻射。遙感器觀測(cè)資料的定量應(yīng)用都需要借助光譜響應(yīng)確定通道的模擬輻射。儀器的光譜響應(yīng)參數(shù)通過(guò)光譜定標(biāo)過(guò)程實(shí)現(xiàn)，通常以歸一化的光譜響應(yīng)函數(shù)(spectralresponsefunction，srf)的形式表示。隨著定量遙感應(yīng)用需求的提升以及儀器性能的改進(jìn)，對(duì)遙感器定標(biāo)精度的要求越來(lái)越高，輻射定標(biāo)精度的提高已難以滿足高精度定標(biāo)的要求，光譜定標(biāo)的精度也變得越發(fā)重要。特別是，對(duì)于寬光譜通道載荷，光譜響應(yīng)函數(shù)的光譜圖形和中心位置都對(duì)光譜定標(biāo)精度有重要影響。

確定光譜響應(yīng)函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法是利用單色儀和標(biāo)準(zhǔn)光源測(cè)量遙感器光學(xué)系統(tǒng)對(duì)每個(gè)單色光源的響應(yīng)，這在衛(wèi)星入軌后很難實(shí)現(xiàn)。目前大部分在軌遙感器沒有用于光譜定標(biāo)的單色光源裝置，衛(wèi)星發(fā)射后通常采用發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果來(lái)表征儀器在軌光譜響應(yīng)狀態(tài)，因此實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響在軌輻射定標(biāo)的精度。紅外光學(xué)零件及探測(cè)器件的光譜響應(yīng)與溫度有關(guān)，因此理想的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量應(yīng)該模擬遙感器的工作環(huán)境，即真空、低溫環(huán)境。通常，實(shí)驗(yàn)室會(huì)將遙感器置于輻射制冷器中利用液氮實(shí)現(xiàn)低溫工作條件，但是真空狀態(tài)卻很難實(shí)現(xiàn)。整個(gè)光譜定標(biāo)的光學(xué)系統(tǒng)暴露在外界環(huán)境中，大氣中co2、h2o等氣體必然會(huì)對(duì)吸收通道srf測(cè)量造成影響。如圖1所示，fy-2d/e/f/g四顆衛(wèi)星吸收氣體通道的光譜響應(yīng)分布以及典型晴空大氣的toa亮溫光譜分布。fy-2的吸收氣體通道為寬光譜通道，光譜范圍1.3μm，整個(gè)波段包含了吸收氣體吸收以及窗區(qū)光譜信息。由圖1可見，4顆衛(wèi)星的光譜響應(yīng)都存在顯著波動(dòng)，特別是fy-2d衛(wèi)星的峰谷波動(dòng)量級(jí)達(dá)到40％，這明顯不符合遙感器光譜響應(yīng)的物理分布特征。由于fy-2的實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)同樣是在大氣環(huán)境中進(jìn)行的，光譜響應(yīng)的這種波動(dòng)是由于吸收大氣污染造成的。

針對(duì)吸收大氣污染造成的光譜響應(yīng)波動(dòng)，目前訂正方法只能實(shí)現(xiàn)光譜中心位置的漂移調(diào)整，無(wú)法確定光譜響應(yīng)形狀的變化，僅靠平移不能完全消除光譜響應(yīng)波動(dòng)誤差的影響，而且殘余偏差具有明顯目標(biāo)依賴特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法及裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)吸收通道光譜響應(yīng)測(cè)量時(shí)的大氣污染進(jìn)行訂正，提高光學(xué)遙感器的測(cè)量精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法，包括：

獲取進(jìn)行光譜響應(yīng)測(cè)量時(shí)的環(huán)境參數(shù)和光譜測(cè)量參數(shù)；

根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)計(jì)算目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率；

采用光譜響應(yīng)與所述目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率的比值的方式來(lái)對(duì)光譜響應(yīng)進(jìn)行訂正。

進(jìn)一步的，所述環(huán)境參數(shù)包括：溫度t、吸收氣體濃度m和光學(xué)路徑長(zhǎng)度l；

所述光譜測(cè)量參數(shù)包括：光譜測(cè)量的采樣間隔h和單色儀半高寬分辨率fwhm。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)計(jì)算目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率，包括：

根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)采用modtran軟件計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率；

計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率與光譜響應(yīng)之間的相關(guān)系數(shù)；

獲取相關(guān)系數(shù)最大的大氣路徑透過(guò)率為目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)采用modtran軟件計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率，包括：

計(jì)算所述吸收氣體濃度m和所述光學(xué)路徑長(zhǎng)度l分別在±20％變化范圍內(nèi)的大氣路徑透過(guò)率；

計(jì)算單色儀半高寬分辨率fwhm分別為1.5倍的采樣間隔h和2倍的采樣間隔h的大氣路徑透過(guò)率。

進(jìn)一步的，所述計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率與光譜響應(yīng)之間的相關(guān)系數(shù)，包括：

按下式計(jì)算相關(guān)系數(shù)：

其中，s1是光譜響應(yīng)，s2是一個(gè)大氣路徑透過(guò)率，n是每個(gè)光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2采樣的數(shù)目，s1,i是每個(gè)光譜響應(yīng)s1第i個(gè)采樣值，s2,i是一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2第i個(gè)采樣值，和分別是光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2的平均值，和分別是光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2的標(biāo)準(zhǔn)差。

另一方面，本發(fā)明提供了一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正裝置，包括：

獲取模塊，用于獲取進(jìn)行光譜響應(yīng)測(cè)量時(shí)的環(huán)境參數(shù)和光譜測(cè)量參數(shù)；

計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)計(jì)算目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率；

訂正模塊，用于采用光譜響應(yīng)與所述目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率的比值的方式來(lái)對(duì)光譜響應(yīng)進(jìn)行訂正。

進(jìn)一步的，所述獲取模塊獲取的環(huán)境參數(shù)包括：溫度t、吸收氣體濃度m和光學(xué)路徑長(zhǎng)度l；

所述光譜測(cè)量參數(shù)包括：光譜測(cè)量的采樣間隔h和單色儀半高寬分辨率fwhm。

進(jìn)一步的，所述計(jì)算模塊包括：

第一計(jì)算單元，用于根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)采用modtran軟件計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率；

第二計(jì)算單元，用于計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率與光譜響應(yīng)之間的相關(guān)系數(shù)；

判斷單元，用于獲取相關(guān)系數(shù)最大的大氣路徑透過(guò)率為目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率。

進(jìn)一步的，所述第一計(jì)算單元包括：

第一子單元，用于計(jì)算所述吸收氣體濃度m和所述光學(xué)路徑長(zhǎng)度l分別在±20％變化范圍內(nèi)的大氣路徑透過(guò)率；

第二子單元，用于計(jì)算單色儀半高寬分辨率fwhm分別為1.5倍的采樣間隔h和2倍的采樣間隔h的大氣路徑透過(guò)率。

進(jìn)一步的，所述第二計(jì)算單元包括：

計(jì)算子單元，用于按下式計(jì)算相關(guān)系數(shù)：

其中，s1是光譜響應(yīng)，s2是一個(gè)大氣路徑透過(guò)率，n是每個(gè)光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2采樣的數(shù)目，s1,i是每個(gè)光譜響應(yīng)s1第i個(gè)采樣值，s2,i是一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2第i個(gè)采樣值，和分別是光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2的平均值，和分別是光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2的標(biāo)準(zhǔn)差。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明所述的一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法及裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)吸收通道光譜響應(yīng)測(cè)量的大氣污染進(jìn)行訂正，降低吸收氣體的吸收作用會(huì)對(duì)光譜測(cè)量產(chǎn)生影響，提高光學(xué)遙感器的測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中衛(wèi)星fy-2d/e/f/g的光譜響應(yīng)函數(shù)分布和亮溫光譜分布圖；

圖2是本發(fā)明的一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明的一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法中步驟s102的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例一中訂正前后fy-2d衛(wèi)星的光譜響應(yīng)曲線對(duì)比圖；

圖5是本發(fā)明的一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

光譜響應(yīng)是遙感儀器的重要參數(shù)，它決定遙感器對(duì)輻射的光譜響應(yīng)特征。儀器的光譜響應(yīng)參數(shù)通過(guò)光譜定標(biāo)過(guò)程實(shí)現(xiàn)，通常以歸一化的光譜響應(yīng)函數(shù)(spectralresponsefunction，srf)的形式表示。隨著定量遙感應(yīng)用需求的提升以及儀器性能的改進(jìn)，對(duì)遙感器定標(biāo)精度的要求越來(lái)越高，輻射定標(biāo)精度的提高已難以滿足高精度定標(biāo)的要求，光譜定標(biāo)的精度也變得越發(fā)重要。針對(duì)吸收大氣污染造成的光譜響應(yīng)波動(dòng)，目前訂正方法只能實(shí)現(xiàn)光譜中心位置的漂移調(diào)整，無(wú)法確定光譜響應(yīng)形狀的變化，僅靠平移不能完全消除光譜響應(yīng)波動(dòng)誤差的影響，而且殘余偏差具有明顯目標(biāo)依賴特性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法及裝置。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例提供一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法，參見圖2，該方法包括：

s101：獲取進(jìn)行光譜響應(yīng)測(cè)量時(shí)的環(huán)境參數(shù)和光譜測(cè)量參數(shù)；

在本步驟中，環(huán)境參數(shù)包括：溫度t、吸收氣體濃度m和光學(xué)路徑長(zhǎng)度l；吸收氣體濃度m為水汽h和二氧化碳c的濃度。光學(xué)路徑l由單色光到達(dá)參考遙感器和待測(cè)遙感器經(jīng)過(guò)的光程差決定。

光譜測(cè)量參數(shù)包括：光譜測(cè)量的采樣間隔h和單色儀半高寬分辨率fwhm。采樣間隔h為光譜響應(yīng)測(cè)量時(shí)的光譜取樣間隔，單色儀半高寬分辨率fwhm由單色儀的半高寬度線性函數(shù)決定。

s102：根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)計(jì)算目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率；

在本步驟中，根據(jù)環(huán)境參數(shù)和光譜測(cè)量參數(shù)計(jì)算大氣路徑透過(guò)率，為了避免環(huán)境參數(shù)和光譜測(cè)量參數(shù)引入的偏差，計(jì)算吸收氣體濃度m和光學(xué)路徑長(zhǎng)度l在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的多個(gè)大氣路徑透過(guò)率和不同單色儀半高寬分辨率fwhm的多個(gè)大氣路徑透過(guò)率。在多個(gè)大氣路徑透過(guò)率中選取最佳的大氣路徑透過(guò)率，及目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率。

s103：采用光譜響應(yīng)與所述目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率的比值的方式來(lái)對(duì)光譜響應(yīng)進(jìn)行訂正。

在本步驟中，通過(guò)步驟s102中獲取最佳的大氣路徑透過(guò)率，采用目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率對(duì)光譜響應(yīng)進(jìn)行訂正，具體訂正方法為：采用光譜響應(yīng)與目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率的比值，即完成對(duì)光譜響應(yīng)的訂正。

從上述描述可知，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)吸收通道光譜響應(yīng)測(cè)量的大氣污染進(jìn)行訂正，降低吸收氣體的吸收作用會(huì)對(duì)光譜測(cè)量產(chǎn)生影響，提高光學(xué)遙感器的測(cè)量精度。

在一種可選實(shí)施方式中，提供了上述步驟s102的一種具體實(shí)施方法，參見圖3，該方法包括：

s1021：根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)采用modtran軟件計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率；

在本步驟中，路徑長(zhǎng)度l、氣體濃度m和采樣間隔h都是影響路徑大氣透過(guò)率光譜形狀的重要參數(shù)。針對(duì)不同的氣體吸收通道輸入不同的吸收氣體濃度。為了避免參數(shù)記錄引入的偏差，使氣體濃度m和路徑長(zhǎng)度l在±20％變化范圍內(nèi)水平透過(guò)率。對(duì)于無(wú)法獲得單色儀半高寬分辨率fwhm資料，單色儀半高寬分辨率fwhm為采樣間隔s1.5和2倍情況下的水平透過(guò)率。

s1022：計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率與光譜響應(yīng)之間的相關(guān)系數(shù)；

在本步驟中，利用光譜最大相關(guān)，來(lái)選擇最佳大氣路徑透過(guò)率光譜。將光譜響應(yīng)曲線與大氣路徑透過(guò)率曲線相關(guān)聯(lián)，找到二者最大的相關(guān)性。兩組波譜均被看作是關(guān)于波數(shù)空間的函數(shù)，計(jì)算兩波譜的相關(guān)系數(shù)。與光譜響應(yīng)測(cè)量光譜相關(guān)系數(shù)最大即為最佳模擬大氣路徑透過(guò)率光譜。

s1023：獲取相關(guān)系數(shù)最大的大氣路徑透過(guò)率為目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率。

在本步驟中，為了推導(dǎo)兩組同資料長(zhǎng)度的波譜s1和s2之間的相關(guān)性，每個(gè)波譜均被看作是關(guān)于波數(shù)v空間的函數(shù)s(v)。

基于最佳模擬大氣路徑透過(guò)率光譜，通過(guò)srf與透過(guò)率的比值消除光譜定標(biāo)測(cè)量結(jié)果中大氣吸收的影響，從而對(duì)srf進(jìn)行訂正。為了使srf訂正結(jié)果更加合理，對(duì)比值訂正后的光譜通過(guò)5點(diǎn)中值濾波進(jìn)行平滑處理。參見圖4，以fy-2d為例顯示了光譜訂正前后對(duì)比效果。

可選的，按下式計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率與光譜響應(yīng)之間的相關(guān)系數(shù)：

其中，s1是光譜響應(yīng)，s2是一個(gè)大氣路徑透過(guò)率，n是每個(gè)光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2采樣的數(shù)目，s1,i是每個(gè)光譜響應(yīng)s1第i個(gè)采樣值，s2,i是一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2第i個(gè)采樣值，和分別是光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2的平均值，和分別是光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2的標(biāo)準(zhǔn)差。

從上述描述可知，本實(shí)施方式通過(guò)計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率并選取最佳的大氣路徑透過(guò)率，可以避免參數(shù)記錄引入的偏差，提高光學(xué)遙感器的測(cè)量精度。

實(shí)施例二

本發(fā)明實(shí)施例提供一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正裝置，參見圖5，該裝置包括：

獲取模塊10，用于獲取進(jìn)行光譜響應(yīng)測(cè)量時(shí)的環(huán)境參數(shù)和光譜測(cè)量參數(shù)；

計(jì)算模塊20，用于根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)計(jì)算目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率；

訂正模塊30，用于采用光譜響應(yīng)與所述目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率的比值的方式來(lái)對(duì)光譜響應(yīng)進(jìn)行訂正。

進(jìn)一步的，所述獲取模塊10獲取的環(huán)境參數(shù)包括：溫度t、吸收氣體濃度m和光學(xué)路徑長(zhǎng)度l；

所述光譜測(cè)量參數(shù)包括：光譜測(cè)量的采樣間隔h和單色儀半高寬分辨率fwhm。

進(jìn)一步的，所述計(jì)算模塊20包括：

第一計(jì)算單元201，用于根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)采用modtran軟件計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率；

第二計(jì)算單元202，用于計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過(guò)率與光譜響應(yīng)之間的相關(guān)系數(shù)；

判斷單元203，用于獲取相關(guān)系數(shù)最大的大氣路徑透過(guò)率為目標(biāo)大氣路徑透過(guò)率。

進(jìn)一步的，所述第一計(jì)算單元201包括：

第一子單元2011，用于計(jì)算所述吸收氣體濃度m和所述光學(xué)路徑長(zhǎng)度l分別在±20％變化范圍內(nèi)的大氣路徑透過(guò)率；

第二子單元2012，用于計(jì)算單色儀半高寬分辨率fwhm分別為1.5倍的采樣間隔h和2倍的采樣間隔h的大氣路徑透過(guò)率。

進(jìn)一步的，所述第二計(jì)算單元202包括：

計(jì)算子單元2021，用于按下式計(jì)算相關(guān)系數(shù)：

其中，s1是光譜響應(yīng)，s2是一個(gè)大氣路徑透過(guò)率，n是每個(gè)光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2采樣的數(shù)目，s1,i是每個(gè)光譜響應(yīng)s1第i個(gè)采樣值，s2,i是一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2第i個(gè)采樣值，和分別是光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2的平均值，和分別是光譜響應(yīng)s1和一個(gè)大氣路徑透過(guò)率s2的標(biāo)準(zhǔn)差。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明所述的一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)吸收通道光譜響應(yīng)測(cè)量的大氣污染進(jìn)行訂正，降低吸收氣體的吸收作用會(huì)對(duì)光譜測(cè)量產(chǎn)生影響，提高光學(xué)遙感器的測(cè)量精度。

以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。