一种干涉型高光谱成像仪的光谱漂移检测方法

摘要

一种干涉型高光谱成像仪的光谱漂移检测方法，(1)将该高光谱成像仪光谱数据转化为各波段入瞳处辐亮度，作为待检验光谱辐亮度；(2)获得卫星高度的入瞳处辐亮度；(3)通过高光谱成像仪响应函数得到各波段入瞳处辐亮度，作为参考光谱辐亮度；(4)比对待检验光谱辐亮度与参考光谱辐亮度在大气吸收峰的位置，通过判断函数确定待检验光谱辐亮度与参考光谱辐亮度的偏移量是否达到约束条件，如果达到转步骤(5)；否则调整高光谱成像仪响应函数中波长和带宽的调整量，从步骤(3)开始循环判断；(5)将满足约束条件时确定的高光谱成像仪光谱漂移量，对高光谱成像仪干涉数据重新进行傅立叶逆变换得到高光谱成像仪去除光谱漂移后的光谱数据图。

权利要求

1.一种干涉型高光谱成像仪的光谱漂移检测方法，其特征在于步骤如下：(1)读取高光谱成像仪干涉数据图，对该高光谱成像仪干涉数据进行离散傅立叶逆变换得到高光谱成像仪光谱数据图；通过绝对辐射定标系数，将该高光谱成像仪光谱数据转化为高光谱成像仪的各波段入瞳处辐亮度，将其作为待检验光谱辐亮度；

(2)依据卫星成像时地面实测地表参数和大气参数，利用辐射传输模型获得卫星高度的入瞳处辐亮度；

(3)通过高光谱成像仪响应函数得到高光谱成像仪的各波段入瞳处辐亮度，将其作为参考光谱辐亮度；

(4)比对卫星成像时待检验光谱辐亮度与参考光谱辐亮度在大气吸收峰的位置，通过判断函数确定待检验光谱辐亮度与参考光谱辐亮度的偏移量是否达到约束条件，如果达到则转步骤(5)；否则，调整高光谱成像仪响应函数中波长和带宽的调整量，从步骤(3)开始循环判断；

所述的判断函数如下：

min g＝min{(1-κ)σ+κα}

其中：κ为权重系数比，κ∈[0，1]；

n是高光谱成像仪波段的总数；

Lunchecked(λ)对应待检验光谱波段的入瞳处辐亮度Lreferrence(λ)对应参考光谱波段的入瞳处辐亮度；

λ为高光谱成像仪波段的波长；

(5)将满足约束条件时确定的高光谱成像仪光谱漂移量，对高光谱成像仪干涉数据重新进行傅立叶逆变换得到高光谱成像仪去除光谱漂移后的光谱数据图。

说明书

一种干涉型高光谱成像仪的光谱漂移检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种干涉型高光谱成像仪的光谱漂移检测方法，特别涉及一种环境减灾卫星高光谱成像仪的光谱漂移检测方法。

背景技术

[0002] 干涉型高光谱成像仪是利用干涉图与光源光谱图之间的对应关系，通过对干涉图进行傅立叶逆变换反演得到光谱图，它以纳米级的光谱分辨率获得丰富的地物空间信息、辐射信息和光谱信息，被广泛应用与军事和民用领域，具有极大的应用价值和广阔的发展前景。

[0003] 干涉型高光谱成像仪常采用等波数间隔将光谱数据分为多个通道，多达100个以上的通道，每个通道的带宽只有几个纳米，因此光谱定标精度不仅影响辐射定标的精度，还直接影响高光谱成像仪数据的定量化应用。

[0004] 高光谱成像仪可通过实验室定标和星上光谱定标对成像仪进行光谱，但是由于成像仪在发射过程或飞行中的剧烈振动、气压温度等空间环境的急剧变化变化，引起成像器件的性能变化，造成实验室定标和星上光谱定标与实际情况存在一定的差距，从而对定量遥感造成的不确定度和误差，影响遥感数据的定量化应用。因此需要通过在轨光谱定标进行光谱漂移的检测，以保证后续定量化的应用。

[0005] 由于干涉型高光谱成像仪成像原理的特殊性——成像仪接收到的是地面目标光谱的傅立叶变换信息，国外仅有美国的强力小卫星采用该成像原理，国内刚刚开始干涉型高光谱成像仪的研究和应用，到目前为止，尚未见国内外文献资料中有关干涉型高光谱成像仪在轨光谱漂移的检测方法。

发明内容

[0006] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种干涉型高光谱成像仪的光谱漂移检测方法。

[0007] 本发明的技术解决方案是：一种干涉型高光谱成像仪的光谱漂移检测方法，步骤如下：

[0008] (1)读取高光谱成像仪干涉数据图，对该高光谱成像仪干涉数据进行离散傅立叶逆变换得到高光谱成像仪光谱数据图；通过绝对辐射定标系数，将该高光谱成像仪光谱数据转化为高光谱成像仪的各波段入瞳处辐亮度，将其作为待检验光谱辐亮度；

[0009] (2)依据卫星成像时地面实测地表参数和大气参数，利用辐射传输模型获得卫星高度的入瞳处辐亮度；

[0010] (3)通过高光谱成像仪响应函数得到高光谱成像仪的各波段入瞳处辐亮度，将其作为参考光谱辐亮度；

[0011] (4)比对卫星成像时待检验光谱辐亮度与参考光谱辐亮度在大气吸收峰的位置，通过判断函数确定待检验光谱辐亮度与参考光谱辐亮度的偏移量是否达到约束条件，如果达到则转步骤(5)；否则，调整高光谱成像仪响应函数中波长和带宽的调整量，从步骤(3)开始循环判断；

[0012] (5)将满足约束条件时确定的高光谱成像仪光谱漂移量，对高光谱成像仪干涉数据重新进行傅立叶逆变换得到高光谱成像仪去除光谱漂移后的光谱数据图。

[0013] 所述步骤(4)中的判断函数如下：

[0014] min g＝min{(1-κ)σ+κα}

[0015] 其中：κ为权重系数比，κ∈[0，1]；

[0016] n是高光谱成像仪波段的总数；

[0017]

[0018]

[0019] Lunchecked(λ)对应待检验光谱波段的入瞳处辐亮度

[0020] Lreferrence(λ)对应参考光谱波段的入瞳处辐亮度；

[0021] λ为高光谱成像仪波段的波长。

[0022] 本发明与现有技术相比有益效果为：

[0023] (1)本发明从干涉型高光谱成像仪数据的应用角度出发，利用卫星成像时的大气固有吸收峰特征，实现了干涉型高光谱成像仪目前无在轨光谱漂移检测的技术问题。

[0024] (2)本发明从干涉型高光谱成像仪数据的处理入手，在光谱漂移量确定后，直接反馈到高光谱成像仪数据处理源头，重新进行高光谱成像仪光谱数据的生产，这使得高光谱成像仪干涉数据的光谱定标更加具有针对性和对后续定量化应用更加精确。

[0025] (3)本发明依据干涉型高光谱成像仪的成像特性，通过大量地面实测试验模拟，考虑光谱特性匹配度以及误差偏离度等多方面对光谱漂移量的敏感性，确立采用以高光谱成像仪响应函数中波长和带宽的调整量为隐形变量的判断函数，有效的判断出干涉型高光谱成像仪的漂移状态。

附图说明

[0026] 图1为本发明流程图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图1详细介绍本发明的实现过程，具体步骤如下：

[0028] (1)读取高光谱成像仪干涉数据图，对该高光谱成像仪干涉数据进行傅立叶逆变换得到高光谱成像仪光谱数据图；通过绝对辐射定标系数，将该高光谱成像仪光谱数据转化为高光谱成像仪的各波段入瞳处辐亮度，将其作为待检验光谱辐亮度；

[0029] (1.1)高光谱成像仪光谱数据

[0030] 读取高光谱成像仪干涉数据，依据实验室光谱定标结果，按照公式①计算得到高光谱成像仪光谱数据：

[0031] B(λ)＝Λ·I(Δ) ①

[0032] 式中：Δ为相干光束的光程差；

[0033] λ为高光谱成像仪波段的波长；

[0034] I(Δ)对应高光谱成像仪干涉数据强度；

[0035] B(λ)对应高光谱成像仪光谱数据强度；

[0036] Λ对应傅立叶逆变换系数矩阵。

[0037] (1.2)待检验光谱辐亮度

[0038] 将上述高光谱成像仪光谱数据，按照公式②计算高光谱成像仪的各波段入瞳处辐亮度，将其作为待检验光谱辐亮度：

[0039] Lunchecked(λ)＝k(λ)B(λ)+L0(λ) ②

[0040] 其中：

[0041] Lunchecked(λ)对应待检验光谱波段的入瞳处辐亮度

[0042] k(λ)、L0(λ)对应高光谱成像仪波段的定标系数，可从高光谱成像仪数据的附带文件中获取。

[0043] (2)依据卫星成像时地面实测地表参数和大气参数，利用辐射传输模型获得卫星高度的入瞳处辐亮度，通过高光谱成像仪响应函数得到高光谱成像仪的各波段入瞳处辐亮度，将其作为参考光谱辐亮度；

[0044] (2.1)卫星高度的入瞳处辐亮度

[0045] 通过大气辐射传输模型如MODTRAN、HITRAN或SCIATRAN等，将卫星过境时实测的地表参数、大气参数及其他参数输入模型可得到卫星高度的入瞳处辐亮度；

[0046] (2.2)参考光谱辐亮度

[0047] 将上述计算得到的卫星高度入瞳处辐亮度，按照公式③计算得到高光谱成像仪的各波段入瞳处辐亮度，将其作为参考光谱辐亮度：

[0048] ③

[0049] 其中：Lreferrence(λ)对应参考光谱波段的入瞳处辐亮度；

[0050] S(λ)对应卫星高度的入瞳处辐亮度；

[0051] f(λ)对应高光谱成像仪的光谱响应函数；

[0052] (2.3)高光谱成像仪的光谱响应函数

[0053] 高光谱成像仪的光谱响应函数，采用高斯函数④模拟：

[0054] ④

[0055] 其中：λc为高光谱成像仪波段的中心波长；

[0056] FWTH为高光谱成像仪波段的带宽；

[0057] Δλ、ΔFWTH为波长和带宽的调整量；

[0058] (3)比对卫星成像时待检验光谱辐亮度与参考光谱辐亮度在大气吸收峰的位置，通过判断函数确定待检验光谱辐亮度与参考光谱辐亮度的偏移量是否达到约束条件，如果达到则转步骤(4)；否则，调整高光谱成像仪响应函数中波长和带宽的调整量，从步骤(2.2)开始循环判断；

[0059] (3.1)大气吸收峰

[0060] 在遥感卫星成像过程中，大气吸收气体对辐射能量起到衰减作用，不同的吸收气体对波长的吸收不同，其具有明显的波长选择性，如H2O在400～1000nm有四个强吸收波段，O2在400～1000nm有三个强吸收波段；这些吸收波段是大气的固有特征，利用其吸收峰特性可实现高光谱成像仪的光谱漂移检测。

[0061] (3.2)判断函数

[0062] 采用判断函数⑤，通过不断调整输入参数(Δλ、ΔFWTH)，使参考光谱辐亮度与待检验光谱辐亮度进行最优化匹配，当判断函数达到最小时(即上述约束条件)，停止判断，输出高光谱成像仪光谱漂移量；

[0063] min g＝min{(1-κ)σ+κα} ⑤

[0064] 其中：κ为权重系数比，κ∈[0，1]；

[0065] n是高光谱成像仪波段的总数；

[0066]

[0067]

[0068] (4)将满足约束条件时确定的高光谱成像仪光谱漂移量，对高光谱成像仪干涉数据重新进行傅立叶逆变换得到高光谱成像仪去除光谱漂移后的光谱数据图。

[0069] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。