本實(shí)用新型屬于光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種光譜定標(biāo)裝置，尤其涉及一種多維信息一體化獲取相機(jī)的光譜定標(biāo)裝置。

背景技術(shù)：

多維信息一體化獲取相機(jī)可同時(shí)獲取物體的多種本證信息，為目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別提供豐富的信息，如成像光譜儀可以同時(shí)獲得物體的圖像、光譜信息，偏振成像光譜儀則可以同時(shí)獲得物體的偏振、圖像、光譜信息，多維信息一體化獲取技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、航天遙感、軍事偵察、地質(zhì)調(diào)查、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

多維信息一體化獲取相機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一是對(duì)其所獲取數(shù)據(jù)的定量化研究，即多維信息一體化獲取相機(jī)的定標(biāo)問(wèn)題。定標(biāo)包括幾何定標(biāo)、輻射定標(biāo)、光譜定標(biāo)以及偏振定標(biāo)，其中光譜定標(biāo)的目的在于確定各光譜通道的中心波長(zhǎng)及光譜分辨率。目前，常用的光譜定標(biāo)方法主要有特征光譜定標(biāo)法和單色儀波長(zhǎng)掃描法。特征光譜定標(biāo)法利用汞燈、鈉燈等標(biāo)準(zhǔn)燈的發(fā)射譜線對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作的優(yōu)點(diǎn)，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)多維信息一體化獲取相機(jī)全波段中心波長(zhǎng)的標(biāo)定及對(duì)應(yīng)光譜分辨率的標(biāo)定，適用范圍窄。單色儀波長(zhǎng)掃描法能夠獲得多維信息一體化獲取相機(jī)每一光譜通道的中心波長(zhǎng)及光譜分辨率，具有全波段定標(biāo)、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但由于單色儀輸出光波線寬較大，導(dǎo)致此方法的光譜分辨率定標(biāo)精度低，且無(wú)法對(duì)光譜分辨率高的相機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確定標(biāo)；此外，由于該方法所用平行光管在單色儀輸出光波有效線寬范圍內(nèi)對(duì)不同波長(zhǎng)透過(guò)率的差異，將導(dǎo)致單色儀輸出光波中心波長(zhǎng)的漂 移，從而使得相機(jī)中心波長(zhǎng)定標(biāo)精度下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述背景中傳統(tǒng)光譜定標(biāo)方法適用范圍窄、定標(biāo)精度低的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種適用范圍廣、定標(biāo)精度高的多維信息一體化獲取相機(jī)的光譜定標(biāo)裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

多維信息一體化獲取相機(jī)的光譜定標(biāo)裝置，包括多維信息一體化獲取相機(jī)、光譜分析儀；其特殊之處在于：還包括積分球和定標(biāo)光源組件；所述定標(biāo)光源組件固定安裝在積分球的入光口處，多維信息一體化獲取相機(jī)和光譜分析儀的探頭均固定在積分球的出光口處，光譜分析儀的探頭位于多維信息一體化獲取相機(jī)的上方/下方；所述積分球的出光口直徑大于多維信息一體化獲取相機(jī)的入瞳直徑；所述定標(biāo)光源組件包括單色儀、不同波長(zhǎng)的激光器以及固定靶輪；所述固定靶輪上開設(shè)有中心孔，單色儀光源發(fā)出的光束通過(guò)所述中心孔進(jìn)入積分球；所述固定靶輪上分布有多個(gè)孔組，用于固定激光器光源的光纖端口；每個(gè)孔組包含至少一個(gè)通孔，且同一孔組的通孔上固定安裝的激光器光源型號(hào)相同。

基于上述基本方案，本實(shí)用新型還作出如下優(yōu)化：

上述多維信息一體化獲取相機(jī)固定在積分球的出光口的正前方。

上述定標(biāo)裝置還包括控制計(jì)算機(jī)，用于控制單色儀光源和各激光器光源。

上述多個(gè)孔組均布在所述固定靶輪上。

上述孔組至少有5個(gè)。

上述孔組有20個(gè)。

上述每個(gè)孔組包含3個(gè)通孔。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本實(shí)用新型利用特殊設(shè)計(jì)的定標(biāo)光源組件和積分球組合，輸出能充滿多維信息一體化獲取相機(jī)全視場(chǎng)、全口徑范圍的定標(biāo)用光波，中心波長(zhǎng)的定標(biāo)精度能夠達(dá)到亞納米量級(jí)；本實(shí)用新型能夠自由控制定標(biāo)光源組件輸出單色光波、準(zhǔn)單色光波，并可對(duì)定標(biāo)光源組件的光源強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，具備在大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行光譜定標(biāo)的能力，應(yīng)用范圍廣。

2、本實(shí)用新型通過(guò)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)定標(biāo)光源組件的自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，計(jì)算響應(yīng)時(shí)間短，定標(biāo)結(jié)果準(zhǔn)確度高。

3、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、重復(fù)性好。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的光纖端口固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1‐積分球，11‐入光口，12‐出光口，2‐多維信息一體化獲取相機(jī)，3‐光譜分析儀，4‐探頭，5‐定標(biāo)光源組件，51‐固定靶輪，511‐中心孔，512‐孔組，513‐通孔。

具體實(shí)施方式

圖1為本實(shí)用新型所提供的多維信息一體化獲取相機(jī)的光譜定標(biāo)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該光譜定標(biāo)裝置包括積分球1、多維信息一體化獲取相機(jī)2、光譜分析儀3、定標(biāo)光源組件5以及用于控制定標(biāo)光源組件5的控制計(jì)算機(jī)。

定標(biāo)光源組件5固定安裝在積分球1的入光口51處；多維信息一體化獲取相機(jī)2和光譜分析儀3的探頭4均固定在積分球1的出光口12處，同時(shí)，光譜分析儀3的探頭4位于多維信息一體化獲取相機(jī)2的上方，且積分球1 的出光口12的直徑大于多維信息一體化獲取相機(jī)2的入瞳直徑，以保證從出光口12輸出能夠充滿多維信息一體化獲取相機(jī)2的全視場(chǎng)、全口徑范圍的定標(biāo)用光波。定標(biāo)光源組件5包括單色儀、不同波長(zhǎng)的激光器以及固定靶輪51；固定靶輪51上開設(shè)有中心孔511，單色儀光源發(fā)出的光束通過(guò)中心孔511進(jìn)入積分球1；固定靶輪51上還分布有多個(gè)孔組512，用于固定激光器光源；每個(gè)孔組512包含至少一個(gè)通孔513，且屬于同一孔組的通孔513上固定安裝的激光器光源型號(hào)相同，可根據(jù)定標(biāo)的動(dòng)態(tài)范圍確定通孔513和相應(yīng)的激光器的數(shù)量。圖2給出了固定靶輪51的一個(gè)具體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，固定靶輪51的中心開設(shè)有中心孔511，固定靶輪51上還均布有20個(gè)孔組512，用來(lái)固定不同波長(zhǎng)的激光器；每個(gè)孔組512包含3個(gè)通孔513。

將多維信息一體化獲取相機(jī)各通道用符號(hào)k表示，k＝1,2,…,N，其中，N為多維信息一體化獲取相機(jī)的總通道數(shù)；采用本實(shí)用新型進(jìn)行光譜定標(biāo)的具體方法為：

Step1：采集多維信息一體化獲取相機(jī)各通道中心波長(zhǎng)定標(biāo)用數(shù)據(jù)

(1)控制單色儀，使其在多維信息一體化獲取相機(jī)的工作波段范圍內(nèi)每隔1nm～10nm輸出一準(zhǔn)單色光波，利用光譜分析儀的探頭在積分球的出光口處采集數(shù)據(jù)，獲取積分球出光口處出射光波的真實(shí)中心波長(zhǎng)λ_i，i＝1,2,…,W，其中，i為各準(zhǔn)單色光波的序號(hào)，W為定標(biāo)時(shí)單色儀所輸出準(zhǔn)單色光波的總數(shù)；

(2)打開多維信息一體化獲取相機(jī)的探測(cè)器，采集數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、切趾、復(fù)原處理，獲取復(fù)原后的光譜曲線，計(jì)算譜線峰值所對(duì)應(yīng)的通道位置N_i；

Step2：采集多維信息一體化獲取相機(jī)各通道光譜分辨率定標(biāo)用數(shù)據(jù)

(1)根據(jù)多維信息一體化獲取相機(jī)的工作波段選擇激光器，所述激光器 的光譜段在多維信息一體化獲取相機(jī)的工作光譜段范圍內(nèi)；所述激光器光源的中心波長(zhǎng)記為λ_j，j＝1,2,…,V，其中，V為定標(biāo)用激光器光源的總數(shù)；

(2)將Step2(1)中所選定的各激光器的光源依次打開，打開多維信息一體化獲取相機(jī)，采集數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、切趾、復(fù)原處理，獲取復(fù)原后的光譜曲線，計(jì)算譜線峰值所對(duì)應(yīng)的通道位置N_j，以及譜線的峰值半高寬Δλ_j，其中，j＝1,2,…,V；

Step3：采用插值法標(biāo)定通道位置k處的中心波長(zhǎng)λ_k和光譜分辨率Δλ_k

采用插值方法對(duì)N_i，λ_i進(jìn)行插值，獲取通道位置k處所對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)λ_k；采用插值方法對(duì)N_j，Δλ_j進(jìn)行插值，獲取通道位置k處所對(duì)應(yīng)的光譜分辨率Δλ_k。具體為：

(1)分別采用多種插值方法(例如最近鄰插值法、線性插值法、分段多項(xiàng)式插值法和樣條插值法)獲取通道位置N_j處的中心波長(zhǎng)λ_j'；

(2)通過(guò)計(jì)算λ_j'相對(duì)于所述λ_j的偏移量Δ，對(duì)比驗(yàn)證各插值方法所獲取的λ_k的精度；

(3)對(duì)比各插值方法對(duì)應(yīng)的偏移量Δ，選用Δ最小的插值方法標(biāo)定通道位置k處的中心波長(zhǎng)λ_k以及光譜分辨率Δλ_k。

上述偏移量Δ按下述公式計(jì)算：

$\mathrm{\Δ}=\sqrt{\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{V}{\Σ}}{({{\mathrm{\λ}}_j}^{\′}-{\mathrm{\λ}}_j)}^2}{V-1}}.$

由于光譜分析儀3的波長(zhǎng)精度能達(dá)到亞納米量級(jí)，因此，本實(shí)用新型所提供的定標(biāo)方法的中心波長(zhǎng)的定標(biāo)精度在亞納米量級(jí)；激光器輸出光譜的線寬通常在納米量級(jí)，遠(yuǎn)小于單色儀輸出光譜的線寬，因此，本實(shí)用新型能夠更為精確地獲取相機(jī)的光譜分辨率。