光谱仪的工作原理扫描方式数据分析处理及修正校正介绍

随着光谱技术的发展，光谱分辨率和空间分辨率等方面都有了很大的提升，应用的领域也越来越广泛，尤其是遥感观测领域，对数据的质量要求很高，时至今日人们已经研究出了很多技术手段来获取物质的光谱信息，有棱镜分光光谱仪，滤光片光谱仪、衍射光栅光谱仪、傅里叶变换光谱仪等。

光谱仪的工作原理

棱镜光谱仪：是通过折射原理运用棱镜将复色光色散成空间上分离且连续的谱线。

滤光片光谱仪：是利用不同中心波长窄带滤光片将所探测光线分离出光谱进行研究。

衍射光栅光谱仪：是利用多缝衍射将复色光分解成空间分离连续的光谱谱线。

傅里叶变换光谱仪：又叫干涉光谱仪，可分为分波前法和分振幅法原理，它是将所得干涉图通过傅里叶变换的方法得到应对光谱信息，在天文学、气候监测、大气科学等领域都得到了广泛的应用。

光谱成像的扫描方式

挥扫方式：利用线阵探测器来获取光谱信息，因此需要利用机械扫描反射镜和平台运动配合获取目标的空间信息，优点是系统简单，定为方便，精度高，数据稳定性高。

凝视方式：在每一个成像周期，通过面阵探测器始终对准同一区域的目标成像，比较常见的有可调谐滤光片型和快照型。

推扫方式：面阵探测器同时获取目标空间信息和光谱信息，随着平台运动，相机在沿轨方向扫描从而获取目标的全部光谱数据立方体，传统的色散、干涉型光谱成像仪，基本都是采用此方法，优点是无机械扫描结构，实用性强、可靠性强。

多光谱相机的数据质量分析

光学系统是多光谱相机的核心，其传递函数、相面照度、畸变等都会影响成像的质量，通常相机的传递函数分为静态函数和动态传递函数。静态传递函数由光学系统传递函数和探测器尺寸相关的传递函数的乘积决定，动态传递函数是相机工作时的传递函数，主要由静态传递函数、成像传递函数和环境相关的传递函数等决定，传递函数值变差表示图像高频部分分辨率降低，光学系统的光能量决定了光学系统的能量特性；相面照度会影响对比度；光学畸变是由各视场横向放大率的不同，会造成相似度降低，影响定位精度。

多光谱相机的数据处理

多光谱相机分割出八个区域，分别获得目标的一个谱段影像，通过搭载在无人机上推扫来获取原始影像，为获得单谱段影响，需要进行谱段拼接处理，由于姿态等因素的影响，各谱段间的图像需要进行空间位置的精配准。多光谱相机的数据处理包括：辐射度校正、几何修正、影响配准拼接、光谱辐射定标。

几何修正

多光谱相机在工作过程中，由于各种因素的影响，获得的影响本身的几何形状与其对应的形状往往是不一致的，使影响产生了几何形状或位置的失真，我们称为几何畸变。其主要表现形式挤压、扭曲、伸展、和位移等等，这种畸变是随机产生的。尽管畸变的原因有很多种，但大部分畸变可通过几何修正来消除。

辐射度校正

多光谱相机获得的原始数据直接来自于CCD探测器，其存在暗电流和像元间响应的不一致性，在数据处理过程中，将直接利用暗电流噪声数据和像元间响应不一致性数据，进行辐射度校正。

光谱辐射校正

在处理的到的多光谱相机各单谱段影像之后，还需要对其进行光谱辐射校正。