AOTF的高光谱成像光谱仪的辐射定标技术

　　0 引言

　　伴随着遥感成像技术的发展，高光谱遥感实现了遥感图像光谱分辨率的突破性提高。对于高光谱成像光谱仪而言， 分光系统是这项技术的关键， 新型的分光元件——声光可调滤光器(AOTF) 不同于通常的分光器件，它采用声光调制产生单色光，即通过超声射频的变化实现光谱扫描，其光学系统无移动部件、重现性好、扫描速度快、波长切换快且可利用程序快速控制。这些优点使它很适合作为航空高分辨率成像光谱仪的分光器件，开展对地物的遥感探测。基于AOTF 的高光谱成像光谱仪系统主要分为两大部分：高光谱探测和主机的数据预处理[1-2]，图1 为AOTF 成像光谱仪的原理框图。

　　成像光谱仪的发展为定量遥感理论的建立提供了新的技术手段，但是从遥感的应用要求出发，数据必须从定性的解释走向定量的计算，因此，建立成像光谱仪相对于标准辐射源或标准探测器在量值、空间、光谱和时间变化上的响应关系，就变得极其重要。由于基于AOTF 的成像光谱仪的分光原理和分光器件自身性能的特殊性， 以及对定标仪器分辨率的要求，其定标的方法尚不成熟，针对AOTF 成像光谱仪的功能结构， 提出了一种高精度的辐射定标方法，并对辐射定标后的仪器进行了实验验证。

　　1 辐射定标的原理及其辐射传输

　　成像光谱仪是以图像像元的灰度记录地物信息，其数值并不唯一地与地物辐射亮度相关，还与成像光谱仪分光器件的性能、光电成像器件CCD 的性能以及大气环境等因素有关。根据遥感探测器的辐射传递方程可以分离出影响光电响应性能的因子。假设遥感器在其瞬时视场内接收到来自目标景物的辐射亮度为L0 ，在考虑了光学系统的各种损失后，CCD 探测器焦平面上的目标源的辐照度[3]为：

　　式中：Ad为探测器像元面积;KN (α)为渐晕系数，它同视场角α 和系统f 数有关;cosn α 为像面照度随视场角变化的一般表达式;τ0为光学系统透过率;F=f/D为系统的f 数，f 为系统焦距，D 为入瞳直径。成像光谱仪对地观测时的辐射传输如图2 所示，它将受到太阳的高度角、大气的透射率以及地物的反射率等参数的影响。

　　图2 中，τ α1 (λ) 为太阳- 地物光程大气透过率，τα2 (λ) 为地物-光谱仪光程大气透过率，E(λ)为太阳的光谱辐照度，ED (λ)为半球天空亮度在地面形成的辐照度，θ 为太阳天顶角，ρ(λ)为地物反射率，因此，成像光谱仪入瞳处的光谱辐亮度L0 (λ)为：

　　求得探测器焦平面像元的辐照度后，可得到对应像元灰度值DN 为：