CN104406696B - 一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标方法及装置

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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G_n和b_n，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L_n，公式如下：

L_n＝G_n·DN+b_n

其中，G_n为当前外场绝对辐射定标的增益，b_n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L_n与入瞳辐亮度理想值L'_n的绝对误差参数ABS，具体公式为：

$\mathrm{ABS}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{(L_{i,n}^{\′}-L_{i,n})}^2$

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，L_i,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ΔABS_n,n-1是否满足预设阈值，若是，则退出循环，其中：

${\mathrm{\ΔABS}}_{n,n-1}=\frac{{\mathrm{ABS}}_n-{\mathrm{ABS}}_{n-1}}{({\mathrm{ABS}}_n+{\mathrm{ABS}}_{n-1})/2}\×100\%$

ABS_n为第n轮定标的绝对误差，ABS_n-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：

计算高光谱成像仪的最终中心波长λ_i,n和最终带宽FWHM_i,n：

λ_i,n＝λ_i,0+Δλ_i,1+…+Δλ_i,n

FWHM_i,n＝FWHM_i,0+ΔFWHM_i,1+…+ΔFWHM_i,n

其中，λ_i,n为第n次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的中心波长，λ_i,0为实验室光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的中心波长，Δλ_i,1为第一次外场光谱定标给出的高光谱成像仪第i个波段的中心波长偏移量，Δλ_i,n为第n次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的中心波长偏移量，FWHM_i,n为第n次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的带宽，FWHM_i,0为实验室光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的带宽，ΔFWHM_i,1为第一次外场光谱定标给出的高光谱成像仪第i个波段的带宽偏移量，ΔFWHM_i,n为第n次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的带宽偏移量。

相应的，本发明还提出了一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标装置，所述装置包括：

第一外场光谱定标模块，用于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；

第一外场绝对辐射定标模块，用于根据所述第一次外场光谱定标模块的定标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；

第二外场光谱定标模块，用于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；

第二外场绝对辐射定标模块，用于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；

判断模块，用于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，否则根据所述第二外场绝对辐射定标模块的定标结果再次进行外场光谱定标和外场绝对辐射定标。

本发明提出的高光谱成像仪外场光谱辐射定标的方法及装置，建立了光谱定标和辐射定标的数据输入、输出循环接口，通过循环迭代算法提高外场光谱定标和绝对辐射定标的精度。同时，该方法能够避免单独两次进行光谱定标、辐射定标的外业数据采集带来的人力、物力、财力的浪费，极大地降低实验成本。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例一提出的一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标的方法的流程图；

图2(a)为本发明实施例中第一次外场光谱定标的第一中心波长的偏移量Δλ₁的示意图；

图2(b)为本发明实施例中第一次外场光谱定标的第一带宽的偏移量ΔFWHM₁的示意图；

图3(a)为本发明实施例中第一次绝对辐射定标结果中128个波段的增益示意图；

图3(b)为本发明实施例中第一次绝对辐射定标结果中128个波段的偏置示意图

图4为理想的入瞳辐亮度L'_i,n与影像反演的入瞳辐亮度L_i,n的对比示意图；

图5(a)为本发明实施例中第四轮定标后的光谱定标结果中中心波长的示意图；

图5(b)为本发明实施例中第四轮定标后的光谱定标结果中带宽的示意图；

图6(a)为本发明实施例中第四轮定标后的绝对辐射定标结果中增益的示意图；

图6(b)为本发明实施例中第四轮定标后的绝对辐射定标结果中偏置的示意图；

图7为本发明实施例二提出的一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标的装置的模块图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提出的一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

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。

下面以一台具有128个波段的高光谱成像仪为例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明实施例中，步骤S101中根据实验室光谱-辐射定标初值进行第一次外场光谱定标，得到高光谱成像仪修正后的第一中心波长λ₁和第一带宽FWHM₁，具体实现步骤如下：

对一台具有128个波段的高光谱成像仪进行实验室定标，获得中心波长λ₀、带宽FWHM₀，绝对辐射响应增益K和暗电流DC；

在地面上布设6块具有不同灰度的人工靶标、4块具有不同颜色的人工靶标，在高光谱成像仪飞行过境的同时，采集靶标的光谱数据、大气环境参数、靶标经纬度数据；

以实验室光谱定标给出的λ₀、FWHM₀、K和DC作为初始值，使用4块具有不同颜色的人工靶标的光谱数据、大气环境参数、靶标经纬度数据，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偏移量Δλ₁和ΔFWHM₁，如图2(a)和图2(b)所示，图2(a)为第一次外场光谱定标的第一中心波长的偏移量Δλ₁的示意图；图2(b)为第一次外场光谱定标的第一带宽的偏移量ΔFWHM₁的示意图；

采用上述偏移量对实验室光谱定标结果进行修正，得到第一次外场光谱定标的结果：

λ_i,1＝λ_i,0+Δλ_i,1 (1)

其中，λ_i,1为第一次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的中心波长，λ_i,0为实验室光谱定标给出的高光谱成像仪第i个波段的中心波长，Δλ_i,1为第一次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的中心波长偏移量。

FWHM_i,1＝FWHM_i,0+ΔFWHM_i,1 (2)

其中，FWHM_i,1为第一次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的带宽，FWHM_i,0为实验室光谱定标给出的高光谱成像仪第i个波段的带宽，ΔFWHM_i,1为第一次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的带宽偏移量。

在本发明实施例中，步骤S102采用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G₁和b₁，第一轮光谱-辐射定标结束，如图3(a)和图3(b)所示，图3(a)为本发明实施例中第一次外场绝对辐射定标结果中128个波段的增益示意图；图3(b)为本发明实施例中第一次外场绝对辐射定标结果中128个波段的偏置示意图，其具体实现步骤如下：

采用反射率基法外场绝对辐射定标模型，将λ_i,1、FWHM_i,1、6块具有不同反射率的人工靶标的光谱数据、大气环境参数、靶标经纬度数据外场同步地面采集的数据输入到模型中，计算靶标的入瞳辐亮度L_i,1；

建立L_i,1和DN值的关系，计算绝对辐射定标系数：

L_i,1＝G_i,1·DN+b_i,1 (3)

其中，L_i,1为第一次外场绝对辐射定标的高光谱成像仪第i个波段的入瞳辐亮度，G_i,1为第一次外场绝对辐射定标的高光谱成像仪第i个波段的增益，b_i,1为第一次外场绝对辐射定标的高光谱成像仪第i个波段的偏置，DN为人工靶标在影像上的DN值。

在本发明实施例中，步骤S103采用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，得到高光谱成像仪修正后的第二中心波长λ₂和第二带宽FWHM₂，具体实现步骤如下：

以λ₁、FWHM₁、G₁和b₁作为初始值，使用4块具有不同颜色的人工靶标的光谱数据、大气环境参数、靶标经纬度数据，采用辐亮度匹配算法反演高光谱成像仪的中心波长和带宽的偏移量Δλ₂和ΔFWHM₂；

采用上述偏移量对第一次外场光谱定标结果进行修正，得到第二次外场光谱定标的结果：

λ_i，2＝λ_i，1+Δλ_i，2

(4)

＝λ_i，0+Δλ_i，1+Δλ_i，2

其中，λ_i,2为第二次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的中心波长，λ_i,1为第一次外场光谱定标给出的高光谱成像仪第i个波段的中心波长，Δλ_i,₂为第二次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的中心波长偏移量。

FWHM_i，2＝FWHM_i，1+ΔFWHM_i，2

(5)

＝FWHM_i，0+ΔFWHM_i，1+ΔFWHM_i，2

其中，FWHM_i,2为第二次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的带宽，FWHM_i,1为第一次外场光谱定标给出的高光谱成像仪第i个波段的带宽，ΔFWHM_i,2为第二次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的带宽偏移量。

在本发明实施例中，步骤S104采用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，得到绝对辐射定标系数G₂和b₂，第二轮光谱-辐射定标结束，具体实现步骤如下：

采用反射率基法外场绝对辐射定标模型，将λ_i,2、FWHM_i,2、6块具有不同反射率的人工靶标的光谱数据、大气环境参数、靶标经纬度数据外场同步地面采集的数据输入到模型中，计算靶标的入瞳辐亮度L_i,2；

建立L_i,2和DN值的关系，计算绝对辐射定标系数：

L_i,2＝G_i,2·DN+b_i,2 (6)

其中，L_i,2为第二次外场绝对辐射定标的高光谱成像仪第i个波段的入瞳辐亮度，G_i,2为第二次外场绝对辐射定标的高光谱成像仪第i个波段的增益，b_i,2为第二次外场绝对辐射定标的高光谱成像仪第i个波段的偏置，DN为靶标在影像上的DN值。

在本发明实施例中，步骤S105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，确定循环迭代的结束标志，获得最终的外场光谱定标结果，包括：最终中心波长λ_n和最终带宽FWHM_n，外场绝对辐射定标结果：绝对辐射定标系数G_n和b_n，具体实现步骤如下：

利用第n次外场绝对辐射定标的结果G_i,n和b_i,n，将靶标在影像上的DN值反演为入瞳辐亮度L_i,n，

L_i,n＝G_i,n·DN+b_i,n (7)

将6块不同反射率的人工靶标的同步测量的光谱数据输入MODTRAN辐射传输软件，计算得到入瞳辐亮度L'_i,n，作为理想的真值；

采用式(8)评价L_i,n与L'_i,n之间的差异，如图4所示，图4为本发明实施例中理想的入瞳辐亮度L'_i,n与影像反演的入瞳辐亮度L_i,n的对比示意图，采用式(9)计算连续两轮定标的绝对误差的差异。当|ΔABS_n,n-1|<1％时，则认为定标精度的提高已不再明显，终止迭代运算；

$\mathrm{ABS}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(L_{i,n}^{\&prime;}-L_{i,n})}^2---\left(8\right)$

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，L_i,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；

${\mathrm{\&Delta;ABS}}_{n,n-1}=\frac{{\mathrm{ABS}}_n-{\mathrm{ABS}}_{n-1}}{({\mathrm{ABS}}_n+{\mathrm{ABS}}_{n-1})/2}\&times;100\%---\left(9\right)$

其中，ABS_n为第n轮定标的绝对误差，ABS_n-1为第n-1轮定标的绝对误差；

结果如表1所示。从表中可知，第四轮循环迭代之后，定标精度的提高已不再明显，终止迭代运算。

表1四轮光谱-辐射定标的验证结果

绝对误差	结果	绝对误差的差异	结果
				ABS1	11.0911	/	/
ABS2	8.8828	ΔABS2,1	-22.11％
				ABS3	8.8732	ΔABS3,2	-0.11％
ABS4	8.8664	ΔABS4,3	-0.08％

将第四轮的光谱-辐射定标结果作为最终结果，如图5、图6所示，图5(a)为第四轮定标后的光谱定标结果中中心波长的示意图，图5(b)为第四轮定标后的光谱定标结果中带宽的示意图，图6(a)为第四轮定标后的绝对辐射定标结果中增益的示意图，图6(b)为第四轮定标后的绝对辐射定标结果中偏置的示意图。

图7为本发明实施例二还提出的一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标装置的模块图，如图7所示，所述装置包括：

第一外场光谱定标模块201，用于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；

第一外场绝对辐射定标模块202，用于根据所述第一次外场光谱定标模块的定标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；

第二外场光谱定标模块203，用于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；

第二外场绝对辐射定标模块204，用于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；

判断模块205，用于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，否则根据所述第二外场绝对辐射定标模块的定标结果再次进行外场光谱定标和外场绝对辐射定标。

本发明提出的高光谱成像仪外场光谱辐射定标的方法及装置，通过循环迭代算法进行高光谱成像仪外场光谱-辐射定标，能够有效地提高数据利用效率，极大地降低外场实验成本，提高外场光谱定标和绝对辐射定标的精度。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

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；

其中，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；

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；

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；

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

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。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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G_n和b_n，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L_n，公式如下：

L_n＝G_n·DN+b_n

其中，G_n为当前外场绝对辐射定标的增益，b_n为当前外场绝对辐射定标的偏置，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L_n与入瞳辐亮度理想值L'_n的绝对误差参数ABS，具体公式为：

$ABS=\underset{i=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{(L_{i,n}^{\&prime;}-L_{i,n})}^2$

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，L_i,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ΔABS_n,n-1是否满足预设阈值，若是，则退出循环，其中：

${\mathrm{\&Delta;ABS}}_{n,n-1}=\frac{{\mathrm{ABS}}_n-{\mathrm{ABS}}_{n-1}}{({\mathrm{ABS}}_n+{\mathrm{ABS}}_{n-1})/2}\&times;100\%$

ABS_n为第n轮定标的绝对误差，ABS_n-1为第n-1轮定标的绝对误差。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括计算外场光谱辐射定标结果，具体为：

计算高光谱成像仪的最终中心波长λ_i,n和最终带宽FWHM_i,n：

λ_i,n＝λ_i,0+Δλ_i,1+…+Δλ_i,n

FWHM_i,n＝FWHM_i,0+ΔFWHM_i,1+…+ΔFWHM_i,n

其中，λ_i,n为第n次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的中心波长，λ_i,0为实验室光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的中心波长，Δλ_i,1为第一次外场光谱定标给出的高光谱成像仪第i个波段的中心波长偏移量，Δλ_i,n为第n次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的中心波长偏移量，FWHM_i,n为第n次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的带宽，FWHM_i,0为实验室光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的带宽，ΔFWHM_i,1为第一次外场光谱定标给出的高光谱成像仪第i个波段的带宽偏移量，ΔFWHM_i,n为第n次外场光谱定标得到的高光谱成像仪第i个波段的带宽偏移量。

4.一种高光谱成像仪外场光谱辐射定标装置，其特征在于，所述装置包括：

第一外场光谱定标模块，用于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；

第一外场绝对辐射定标模块，用于根据所述第一次外场光谱定标模块的定标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；

第二外场光谱定标模块，用于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；

第二外场绝对辐射定标模块，用于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；

判断模块，用于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，否则根据所述第二外场绝对辐射定标模块的定标结果再次进行外场光谱定标和外场绝对辐射定标；

其中，所述第一外场光谱定标模块用于：

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；

所述第一外场绝对辐射定标模块用于：

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；

所述第二外场光谱定标模块用于：

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；

所述第二外场绝对辐射定标模块用于：

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；

所述判断模块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。