成像光谱仪辐射定标概览

　　1 引 言

　　成像光谱仪辐射定标的任务是在超光谱成像仪的图谱数据与地面景物光谱辐亮度之间建立定量关系。 辐射定标分为相对定标和绝对定标： 相对定标是成像光谱仪不同观测时刻不同探测像元仪器的校准， 以提高图像的品质和均匀性， 相对定标的精度主要决定于标准传递仪器的不确定度、仪器本身的信噪比等; 绝对定标是实现成像光谱仪输出相对量到绝对物理量的转换， 绝对定标的精度受辐射标准本身的不确定度和相对定标精度的影响。

　　成像光谱仪的辐射定标包括3 部分： 实验室定标、 星上定标和场地替代定标[1]。其中实验室定标的主要任务是确定成像光谱仪各通道的响应并评估不确定度;星上定标则长期检测成像光谱仪响应的衰变， 并可以进行响应均匀性校正; 场地替代定标可以验证成像光谱仪的辐射响应并进行多个遥感器的交叉定标。实验室辐射定标是整个辐射定标环节的基础， 本文主要介绍成像光谱仪实验室辐射定标的原理和方法， 对各种方法进行比较， 并对辐射定标发展趋势进行了分析。

　　2 原理和方法

　　成像光谱仪辐射定标利用辐射参考标准， 通过遥感仪器对辐射参考标准的观测， 建立遥感仪器输出图谱数据同遥感器接收的入瞳辐射亮度L(λ)之间的换算关系。 通常遥感仪器的这种定标换算关系设计为线性[2]， 即

　　辐射定标系统的建立就是辐射标准的传递及标准的再现、 传递载体的选择和研制技术、 比对测量等， 简而言之， 就是对辐射标准不确定度和辐射传递链长度进行控制。

　　3 辐射定标方法

　　成像光谱仪辐射定标的一般方法是使用辐照度标准灯和漫反射板组成光谱辐亮度标准定标光谱辐射计，然后使用光谱辐射计定标大积分球， 最后使用大积分球定标成像光谱仪。 该方法的优点是大积分球可以提供大面积无偏振均匀光源，可以实现对成像光谱仪的全视场、全口径的辐射定标。 缺点是设备庞大、 复杂， 并且由于采用的辐射计量标准 (辐照度标准灯) 的不确定度为 3%~5%[3]，使整个定标方法的定标精度在5%~8%之间， 定标精度不高。 遥感器AVIRIS[4]、 APEX[5]、 COMPASS[6]使用该方法进行辐射定标。 对于特殊的光学系统 TMA， 为了实现全视场和全口径的辐射定标， 需要改变积分球出口形状，把圆形出口变成长方形进行定标[7]。

　　绝对低温辐射计采用低温超导技术[8-9]，使辐射测量的精度大大提高， 基于探测器的定标方法[10-11]初级标准的不确定度远远小于基于辐射源的定标方法。溯源于绝对低温辐射计的标准探测器利用多个探测器组成光陷阱，使入射的光经过多次反射后只有很少部分的光反射出光陷阱，实现对辐射的高精度测量， 测量的不确定度可达 0.2%， 远远高于辐照度标准灯的不确定度， 而且该方法可以实现 “辐亮度→辐亮度” 的比对， 缩减了辐射传递链的长度， 提高了成像光谱仪的辐射定标精度。 假定光谱辐射计和成像光谱仪的信噪比　　(SNR) 都为 100， 积分球光源不确定度为2%， 则合成不确定度为 1.48%。 缺点是标准探测器溯源的绝对低温辐射计价格昂贵，维护费用也很高。