日期：2022-05-12
任何管狀光學(xué)器件都對(duì)由光學(xué)表面反射引起的鬼影和散射光敏感。在全息光柵中還存在由透射的、不需要的衍射級(jí)引起的光散射的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)在管內(nèi)使用擋板以及所有空氣/玻璃表面的多層涂層來(lái)考慮這些因素。棱鏡的傾斜表面將剩余的前向反射折射到光譜儀管的變黑表面，導(dǎo)致由于散射光小于 1% ，而導(dǎo)致失真。入口狹縫處的空間信息沿平行于狹縫長(zhǎng)度方向的軸(圖 2中的空間軸)傳輸?shù)匠上衿矫妗９庾V儀的輸出是一列 512 個(gè)像素(圖 2中的光譜軸)，代表 400 到 900 nm 的波長(zhǎng)，光譜采樣率為 3.7 nm。光譜儀的空間輸出是一行 640 像素。
紅外發(fā)射管一、輻射特性和校準(zhǔn)
對(duì)傳感器輻射測(cè)量的分析提供了處理成像光譜儀數(shù)據(jù)所必需的信息。輻射分辨率是輻射特性最主要的特征之一，因?yàn)樗x了可以解析入射輻射的灰度值的數(shù)量。系統(tǒng)測(cè)量的輻射度受場(chǎng)景照明變化、大氣條件、觀察幾何形狀和儀器特性等因素的影響。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中分析和糾正 AVIS-2 的時(shí)間一致特征。本文描述了這些特性，包括暗電流分析、CCD 的均勻性和信噪比。
紅外發(fā)射管二、輻射分辨率
系統(tǒng)的輻射分辨率受限于其組件的最低輻射分辨率。該相機(jī)在 1280 x 1024 像素陣列上提供 12 位成像，并通過(guò)二乘二合并在 640 x 512 像素上提供 14 位成像。通過(guò)在光譜方向使用 640 x 512 像素模式和附加軟件分檔四倍，可以實(shí)現(xiàn) 15 位的有效輻射分辨率。所采集圖像的標(biāo)稱空間分辨率在空間方向上降低到 640 像素，在光譜維度上降低到 128 像素。除了增加位深度之外，binning 的優(yōu)點(diǎn)是減少了噪聲。此外，binning 使相機(jī)能夠?qū)D像速率從 12.5 幀/秒提高到 25 幀/秒。
紅外發(fā)射管三、暗電流
暗電流是由相機(jī)內(nèi)熱產(chǎn)生的電子引起的。暗電流密度可以通過(guò)測(cè)量具有閉合孔徑的給定溫度的光譜響應(yīng)來(lái)分析。對(duì)于 AVIS-2，暗電流是一個(gè)恒定偏移量(合并 DN = 1180)，在預(yù)處理期間從原始數(shù)據(jù)中逐個(gè)像素地減去該偏移量(等式 2)。
紅外發(fā)射管四、空間均勻性
空間均勻性是幀內(nèi)的輻射響應(yīng)相等。CCD 元件等陣列檢測(cè)器包含缺陷。這些缺陷是靈敏度降低或暗電流增加的區(qū)域。對(duì)于科學(xué)應(yīng)用，這些變化會(huì)影響結(jié)果，因此必須加以糾正 [ 6 ]。另一方面是漸暈，當(dāng)鏡片的框架以高入射角遮蔽輻射時(shí)，就會(huì)發(fā)生漸暈。
紅外發(fā)射管五、信噪比(SNR)
一旦針對(duì)暗電流和陣列均勻性對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了校正，就可以進(jìn)行 SNR 分析。這是在實(shí)驗(yàn)室中使用與上述相同的照明設(shè)備完成的。AVIS-2 系統(tǒng)在全照度下的 SNR，如公式 3中所定義，對(duì)于未分級(jí)數(shù)據(jù)，最大額定值為 66 dB (2000 : 1)。
紅外發(fā)射管六、光譜特性和校準(zhǔn)
在討論成像光譜儀的光譜特性時(shí)，光譜分辨率、光譜采樣間隔和中心波長(zhǎng)是最重要的參數(shù)。假設(shè)高斯形響應(yīng)函數(shù)，光譜分辨率定義為函數(shù)的半峰全寬 (FWHM)。中心波長(zhǎng)是光譜儀對(duì)極窄發(fā)射線的峰值響應(yīng) [ 7 , 8 ]。光譜采樣間隔是兩個(gè)相鄰中心波長(zhǎng)之間的距離。必須考慮的其他影響是光譜均勻性和響應(yīng)度的分析。
紅外發(fā)射管七、光譜均勻性
由于光柵光譜儀的固有光色散特性和光學(xué)元件的微小未對(duì)準(zhǔn)，陣列中心附近的像素和同一陣列邊緣附近的像素的波長(zhǎng)可能略有不同。這通常被稱為“微笑”或“皺眉”效應(yīng) [ 9 ]，這也出現(xiàn)在 AVIS-2 數(shù)據(jù)中。AVIS-2 皺眉在圖 6中通過(guò)改變氧氣吸收的位置來(lái)說(shuō)明，導(dǎo)致兩個(gè)相鄰光譜帶之間的吸收發(fā)生變化，最大偏移為 3.96 nm.為了糾正這種影響，應(yīng)用了氧擬合算法：搜索位于 761 nm 附近的六個(gè)光譜帶的絕對(duì)最小值，然后將其設(shè)置為預(yù)定義的光譜帶。
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