CN111044078B - 3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及方法 - Google Patents

3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111044078B
CN111044078B CN201911373953.1A CN201911373953A CN111044078B CN 111044078 B CN111044078 B CN 111044078B CN 201911373953 A CN201911373953 A CN 201911373953A CN 111044078 B CN111044078 B CN 111044078B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diffuse reflector
diffuse
space camera
calibration
driving mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911373953.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111044078A (zh
Inventor
李宪圣
刘洪兴
聂婷
陈长征
韩双丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN201911373953.1A priority Critical patent/CN111044078B/zh
Publication of CN111044078A publication Critical patent/CN111044078A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111044078B publication Critical patent/CN111044078B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及方法，涉及空间光学技术领域，为解决现有可见光空间相机实验室辐射定标难题，由太阳光、漫反射器和光谱辐射计构成的大型辐射定标***；漫反射器的背部固定漫反射器驱动机构，由驱动控制器控制，驱动漫反射器的俯仰角，使漫反射器随太阳高度角运动，漫反器上有不少于10种光谱反射率等级的漫反射板，驱动机构控制漫反射板切换，利用太阳光形成定标所需的辐射亮度等级。太阳光入射到漫反射器的漫反射板上，形成的漫反射光被空间相机接收，光谱辐射计与空间相机在漫反射器的同一侧，且与漫反射器的中心法线成45度角，同步采集定标图像和光谱辐射亮度，完成辐射定标。本发明具有广泛的工程应用价值。

Description

3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及方法
技术领域
本发明涉及空间光学技术领域，具体涉及一种3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及方法。
背景技术
随着空间光学遥感器的发展，可见光空间相机的口径逐渐增大到1.5m、2.0m、3.0m、未来将达到10.0m量级，如此大口径可见光空间相机实验室辐射定标方法，通常有两种方法，一是常用的积分球光源定标法，一是采用小口径辐射定标源对大口径空间相机进行辐射定标的琼斯法。采用大口径积分球光源为空间相机实施辐射定标是较为理想的定标方法，积分球光源球体内径一般为积分球开口直径的2.5倍以上，才能满足积分球光源出光口及光源开口面积之和小于积分球内表面面积的5％基本要求，使积分球光源出光口均匀性和余弦特性满足空间相机定标的技术指标要求，目前国内最大的积分球光源直径8m，出光口直径3.2m，电功率80kW，可满足3.0m口径空间光学相机的辐射定标需求。当空间相机口径继续增加，就需要更大口径的积分球光源，需要功率几百千瓦供电电源，例如开口直径4m的积分球光源，需要电功率140kW，而开口6m的积分球光源，需要电功率约为320kW，以满足积分球光源出口辐射亮度需求。导致积分球光源结构庞大，供电功率巨大，制造成本高等难题。另外一种定标方法是琼斯定标法，即采用小口径定标光源为大口径空间相机定标方法，小口径辐射定标源的光学口径一般为空间相机口径的1/3～1/4，且小口径辐射定标光源提供的辐射亮度为积分球光源的6倍～8倍。空间相机为了实现大宽幅成像，焦平面采用多片图像探测器拼接，该方法一次只能对其中的1片至2片探测器定标，即局部视场定标，要覆盖所有探测器定标需要较长的定标时间。
针对上述问题，提出一种3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标方法，该方法采用太阳光、漫反射器和光谱辐射计构成的大型辐射定标***，可满足3.0m以上口径乃至10m口径的空间光学相机的辐射定标。
发明内容
本发明为解决现有3.0m量级以上大口径可见光空间相机实验室辐射定标难题，提供一种3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及定标方法。
3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***，该***包括漫反射器、漫反射器驱动机构、驱动机构控制器、光谱辐射计、空间相机和清洁实验室；所述漫反射器、漫反射器驱动机构、驱动机构控制器、光谱辐射计和空间相机均设置在清洁实验室内，所述清洁实验室的顶部设置有太阳光入射窗口；所述漫反射器的背部固定漫反射器驱动机构，驱动机构控制器控制漫反射器驱动机构驱动所述漫反射器的俯仰角，使漫反射器随太阳高度角运动，所述漫反射器反射太阳光形成的漫反射光被空间相机接收，所述光谱辐射计与空间相机在漫反射器的同一侧，且与漫反射器的中心法线成45度角放置，同步采集光谱辐射亮度和定标图像数据。
3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标方法，该方法由以下步骤实现：
步骤一、太阳光经太阳光入射窗口入射到漫反射器上发生漫反射，漫反射光入射至空间相机内，空间相机获得定标图像；漫反射器上依次切换不同反射率的漫反射板，获得不同辐射亮度等级的定标图像数据。
步骤二、在空间相机采集定标图像的时刻，光谱辐射计实时采集漫反射板上的光谱辐射亮度，根据所述光谱辐射亮度和空间相机的相对光谱响应度计算各个辐射亮度等级的对应谱段内的积分辐射亮度；
步骤三、根据各个辐射亮度等级的定标图像数据和对应谱段内的辐射亮度，采用最小二乘法计算每个像元绝对辐射响应函数和相对辐射校正系数，完成绝对辐射定标和相对辐射定标。
本发明的有益效果是：本发明采用太阳光、漫反射器和光谱辐射计构成的大口径可见光相机辐射定标***，可满足3.0m口径以上的可见光空间相机的绝对和相对辐射定标，解决了大口径积分光源研制的一系列难题，借助太阳自然光完成大口径空间相机全口径、全视场、端对端的辐射定标。在未来大口径空间相机辐射定标中将发挥重要作用，具有广泛的工程应用价值。
附图说明
图1为本发明所述的3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***的结构框图。
图1中，1、太阳光，2、漫反射器，3、漫反射器驱动机构，4、驱动机构控制器，5、光谱辐射计，6、空间相机，7、洁净实验室，8、太阳光入射窗口。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***，包括漫反射器2、漫反射器驱动机构3、驱动机构控制器4、光谱辐射计5和空间相机6；所述上述各部件均置于洁净实验室7内；
所述洁净实验室7的顶部设置有太阳光入射窗口8，漫反射器2的背部固定漫反射器驱动机构3，驱动机构控制器4控制漫反射器驱动机构3驱动所述漫反射器2的俯仰角，使漫反射器2随太阳光高度角运动，太阳光1经阳光入射窗口8，入射到漫反射器2的漫反射板上，形成的漫反射光被空间相机6接收，所述光谱辐射计5与空间相机6在漫反射器2的同一侧，且与漫反射器2的中心法线成45度角放置，同步采集光谱辐射亮度和定标图像数据。
本实施方式中，所述漫反射器2由不少于10种反射率的大面积漫反射板组成，由驱动机构3控制漫反射板切换，用于实现不同的辐射亮度等级的定标图像数据采集。各漫反射板的光谱反射率平坦，平均光谱反射率分别为5％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，或者更多。
所述漫反射器2俯仰方向与空间相机6的夹角为45°±5°，大小充满空间相机入光口和全部视场，水平方向与相机入光口垂直。驱动机构控制器4控制驱动机构使得漫反射器完成两项运动，一是控制漫反射器俯仰角，使漫反射器俯仰随太阳高度角运动，二是根据定标需求迅速切换漫反射板，实现不同辐射亮度等级的定标图像数据采集。所述驱动机构控制器4控制漫反射器2使得太阳高度角与所述漫反射器2的法线与太阳光夹角小于10°。
具体实施方式二、本实施方式为具体实施方式一所述的3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***的定标方法，该方法由以下步骤实现：
一、太阳光1经太阳光入射窗口8入射到漫反射器2上的漫反射板反射后，入射到空间相机6内，空间相机6获得对应的定标图像。漫反射器2上依次切换不同反射率的漫反射板，获得不同辐射亮度等级的定标图像数据。
二、在空间相机采集定标图像的时刻，利用光谱辐射计5实时采用漫反射板上的光谱辐射亮度。漫反射器驱动机构3控制漫反射器2更换不同漫反射板，提供不同的辐射亮度等级，并获取对应辐射亮度的图像。
三、利用光谱辐射亮度和相机相对光谱响应度计算各个辐射亮度等级的谱段积分辐射亮度，结合对应辐射亮度等级的像元灰度值，利用最小二乘法计算空间相机的像元绝对辐射响应度和相对辐射校正系数，完成绝对辐射定标和相对辐射定标。
本实施方式所述的方法实现了3.0m量级以上大口径空间相机全口径、全视场、端对端的实验室辐射定标。

Claims (3)

1.3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***，其特征是：该***包括漫反射器（2）、漫反射器驱动机构（3）、驱动机构控制器（4）、光谱辐射计（5）、空间相机（6）和清洁实验室（7）；
所述漫反射器（2）、漫反射器驱动机构（3）、驱动机构控制器（4）、光谱辐射计（5）和空间相机（6）均设置在清洁实验室（7）内，所述清洁实验室（7）的顶部设置有太阳光入射窗口（8）；
所述漫反射器（2）的背部固定漫反射器驱动机构（3），驱动机构控制器（4）控制漫反射器驱动机构（3）驱动所述漫反射器（2）的俯仰角，使漫反射器（2）随太阳高度角运动，所述漫反射器（2）反射太阳光形成的漫反射光被空间相机（6）接收，所述光谱辐射计（5）与空间相机（6）在漫反射器（2）的同一侧，且与漫反射器（2）的中心法线成45度角放置；
所述漫反射器（2）由至少10种反射率的大面积漫反板组成，各漫反射板的光谱反射率平坦，平均光谱反射率至少包括5%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，实现不同的辐射亮度等级的定标图像数据采集；
所述驱动机构控制器（4）控制漫反射器（2）使得所述漫反射器（2）的法线与太阳光夹角小于10°；
所述漫反射器（2）水平方向与空间相机（6）的入光口垂直。
2.根据权利要求1所述的3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***实现的定标方法，其特征在于：该方法由以下步骤实现：
步骤一、太阳光（1）经太阳光入射窗口（8）入射到漫反射器（2）上发生漫反射，漫反射光被空间相机（6）接收，空间相机（6）获得定标图像；漫反射器驱动机构（3）控制漫反射器（2）依次切换不同反射率的漫反射板，获得不同辐射亮度等级的定标图像数据；
步骤二、在空间相机采集定标图像的时刻，光谱辐射计（5）实时采集漫反射板上的光谱辐射亮度，根据所述光谱辐射亮度和空间相机的相对光谱响应度计算各个辐射亮度等级的对应谱段内的积分辐射亮度；
步骤三、根据各个辐射亮度等级的定标图像数据和对应谱段内的辐射亮度，采用最小二乘法计算每个像元绝对辐射响应函数和相对辐射校正系数，完成绝对辐射定标和相对辐射定标。
3.根据权利要求2所述的定标方法，其特征在于：所述漫反射器驱动机构（3）控制漫反射器（2）切换漫反射板，提供不同的辐射亮度等级，并获取对应辐射亮度的图像和光谱辐射亮度，通过数据处理完成空间相机辐射定标。
CN201911373953.1A 2019-12-27 2019-12-27 3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及方法 Active CN111044078B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911373953.1A CN111044078B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911373953.1A CN111044078B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111044078A CN111044078A (zh) 2020-04-21
CN111044078B true CN111044078B (zh) 2022-11-22

Family

ID=70240521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911373953.1A Active CN111044078B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111044078B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113820009B (zh) * 2021-09-22 2022-05-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种空间极紫外太阳望远镜在轨辐射定标方法
CN116448239B (zh) * 2023-03-29 2023-10-31 中国计量科学研究院 微光辐射亮度源及微光生成方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999014558A1 (en) * 1997-09-16 1999-03-25 Lockheed-Martin Corporation Consolidated laser alignment and test station
CN102901516A (zh) * 2012-09-29 2013-01-30 航天恒星科技有限公司 一种基于绝对辐射定标的多光谱影像辐射校正方法
US8642937B1 (en) * 2010-05-27 2014-02-04 Exelis, Inc. Full-aperture, back-illuminated, uniform-scene for remote sensing optical payload calibration
CN108132064A (zh) * 2017-12-15 2018-06-08 吉林省远大光学检测技术有限公司 基于主动照明源的空间光学遥感器在轨绝对辐射定标方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100414270C (zh) * 2004-12-25 2008-08-27 中国科学院安徽光学精密机械研究所 星上全光路辐射定标方法
CN101251418A (zh) * 2008-03-28 2008-08-27 中国科学院上海技术物理研究所 轻小型机上集成光谱及辐射定标装置
ITPD20100121A1 (it) * 2010-04-16 2011-10-17 Ermanno Grinzato Metodo termografico di misura del flusso termico attraverso l'involucro edilizio e della trasmittanza termica
CN106643796B (zh) * 2016-12-02 2019-07-12 北京空间机电研究所 一种基于在轨基准星的辐射定标方法
CN107131953A (zh) * 2017-06-29 2017-09-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种空间光谱辐射测试***
CN109387284B (zh) * 2018-09-28 2020-11-17 西安应用光学研究所 成像光谱仪辐射参数和成像参数定标装置及方法
CN109521415A (zh) * 2018-12-19 2019-03-26 上海同繁勘测工程科技有限公司 辐射校正装置及***

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999014558A1 (en) * 1997-09-16 1999-03-25 Lockheed-Martin Corporation Consolidated laser alignment and test station
US8642937B1 (en) * 2010-05-27 2014-02-04 Exelis, Inc. Full-aperture, back-illuminated, uniform-scene for remote sensing optical payload calibration
CN102901516A (zh) * 2012-09-29 2013-01-30 航天恒星科技有限公司 一种基于绝对辐射定标的多光谱影像辐射校正方法
CN108132064A (zh) * 2017-12-15 2018-06-08 吉林省远大光学检测技术有限公司 基于主动照明源的空间光学遥感器在轨绝对辐射定标方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111044078A (zh) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107923659B (zh) 预测控制太阳能追踪器的定向的方法
CN107710098B (zh) 绕旋转轴线定向的单轴太阳能追踪器和控制其定向的方法
CN111044078B (zh) 3.0m量级以上大口径空间相机实验室辐射定标***及方法
CN108781054B (zh) 具有两个光敏面的太阳能电池组件的方向的控制方法
CN100504495C (zh) 空间大口径压缩光束中继扫描成像光学***
CN108958229B (zh) 一种快速定性检测定日镜跟踪准确性的方法及装置
Chauvin et al. Modelling the clear-sky intensity distribution using a sky imager
CN105395203A (zh) 一种基于rgb-ir成像的虹膜防伪造物活体检测方法
MX2015000234A (es) Representacion optica codificada por posicion para la percepcion y señalamiento de fuentes de luz.
US9482583B1 (en) Automated heliostat reflectivity measurement system
CN109737987B (zh) 一种多光合一大口径空间相机在轨星上红外辐射定标***
CN109508043B (zh) 一种基于图像的定日镜二次反射指向校正现场***及方法
CN103874891A (zh) 用于感测并指向瞄准光源的光学替换装置
CN105222725B (zh) 一种基于光谱分析的高清图像动态采集方法
CN105425394A (zh) 高能量高准直角太阳模拟器光学***
CN201527265U (zh) 一种定日镜跟日误差的测量装置
CN104132303A (zh) Led太阳模拟器光学***
CN203217172U (zh) 折反射式超宽波段小遮拦比望远镜光学***
CN106764680A (zh) 三结砷化镓太阳电池测试用的太阳模拟器光学***
CN210242985U (zh) 机载辐射校正装置及***
CN107167998A (zh) 空间双波段复合动态场景投影仿真***
CN217467460U (zh) 一种全天空摄像***
EP3662655B1 (en) Sky monitoring system
CN102866482A (zh) 一种鱼眼红外镜头
Sansoni et al. Internal lighting by solar collectors and optical fibres

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant