留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

Offner型凸面光栅宽动态范围辐射定标光源设计

徐达 岳世新 张国玉 孙高飞 张健

徐达, 岳世新, 张国玉, 孙高飞, 张健. Offner型凸面光栅宽动态范围辐射定标光源设计[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(5): 1085-1093. doi: 10.37188/CO.2019-0221
引用本文: 徐达, 岳世新, 张国玉, 孙高飞, 张健. Offner型凸面光栅宽动态范围辐射定标光源设计[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(5): 1085-1093. doi: 10.37188/CO.2019-0221
XU Da, YUE Shi-xin, ZHANG Guo-yu, SUN Gao-fei, ZHANG Jian. Design of an Offner convex grating radiation calibration light source with a wide dynamic range[J]. Chinese Optics, 2020, 13(5): 1085-1093. doi: 10.37188/CO.2019-0221
Citation: XU Da, YUE Shi-xin, ZHANG Guo-yu, SUN Gao-fei, ZHANG Jian. Design of an Offner convex grating radiation calibration light source with a wide dynamic range[J]. Chinese Optics, 2020, 13(5): 1085-1093. doi: 10.37188/CO.2019-0221

Offner型凸面光栅宽动态范围辐射定标光源设计

doi: 10.37188/CO.2019-0221
基金项目: 国家自然科学基金项目(No. 61703057);吉林省科技发展计划项目(No. 20190302124GX);长春理工大学科技创新基金(No. XJJLG-2018-02)
详细信息
    作者简介:

    徐 达(1988—),男,吉林长春人,讲师,2018年于长春理工大学获得博士学位,主要从事航天地面标定及仿真试验方面的研究。E-mail:418168115@qq.com

    岳世新(1961—),男,北京人,北京控制工程研究所,高级工程师,主要从事卫星工程光学机械的研究。E-mail:yueshixin8893@sina.com

    张国玉(1962—),男,吉林松原人,教授,博士生导师,2005年于长春理工大学获得博士学位,主要从事光电检测与航天器模拟设备等方面的研究。E-mail:zh_guoyu@163.com

    孙高飞(1985—),女,吉林长春人,副教授,2013年于长春理工大学获得博士学位,主要从事光电检测与航天器模拟设备等方面的研究。E-mail:51579428@qq.com

    张 健(1989—),男,吉林长春人,讲师,2017年于长春理工大学获得博士学位,主要研究方向为气象仪器设计、光电仪器与检测技术等方面的研究。E-mail:zhangjian_nr@126.com

  • 中图分类号: O433;TH744

Design of an Offner convex grating radiation calibration light source with a wide dynamic range

Funds: National Natural Science Foundation of China (No. 61703057); Scientific and Technological Developing Scheme of Jilin Province (No. 20190302124GX); Science and Technology Innovation Fund of Changchun University of Science and Technology (No. XJJLG-2018-02)
More Information
  • 摘要: 为满足在各种谱线分布下对遥感仪器的光谱辐射定标,减小辐射定标光源对空间光学遥感仪器定标系数的影响,解决目前辐射定标光源光谱模拟精度低、光谱动态调节范围小的技术难题,本文从光谱叠加理论出发,根据多光谱合成原理,提出一种凸面光栅的Offner型宽动态范围辐射定标系统的设计方法。通过推导Offner型光谱成像光学结构的消像散条件,设计了一种柱面镜Offner型光谱成像光学系统,实现了宽光谱光束的精确细分,建立了数字微镜与其阵列面空间光谱辐射分布的映射关系。利用数字微镜的空间光调制特性,实现了辐射定标光源光谱分布大动态范围模拟。实验表明,辐射定标光源相邻单位阵列微镜的输出光谱峰值间隔小于0.5 nm,3种典型色温T=3000 K、T=5000 K和T=7000 K光谱模拟精度分别为5.2%、4.1%和3.2%。本文提出的设计方法有效提高了辐射定标光源的光谱模拟精度,减小了光谱不匹配对空间光学遥感仪器定标系数的影响。

     

  • 图 1  宽动态范围辐射定标光源结构示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of radiation calibration light source with a wide dynamic range

    图 2  Offner型成像系统原理图

    Figure 2.  Schematic diagram of Offner imaging system

    图 3  Offner型光谱成像系统光学结构

    Figure 3.  Optical structure of Offner type spectral imaging system

    图 4  不同波长下Offner型光谱成像系统点列图

    Figure 4.  Spot diagram of Offner type spectral imaging system at different wavelengths

    图 5  RMS半径随波长变化曲线

    Figure 5.  RMS spot Y vs. wavelength

    图 6  像面光线痕迹图

    Figure 6.  Footprint diagram in image surface

    图 7  不同峰值波长处数字微镜阵列面空间光辐射分布数据库

    Figure 7.  Light radiation distribution database on DMD array surface at different peak wavelengths

    图 8  遗传模拟退火算法流程图

    Figure 8.  Flow chart of genetic simulated annealing algorithm

    图 9  T=3000 K时模拟光谱的实测结果

    Figure 9.  Measurement results of simulated spectrum when T = 3000 K

    图 10  T=5000 K时模拟光谱的实测结果

    Figure 10.  Measurement results of simulated spectrum when T = 5 000 K

    图 11  T=7000 K时模拟光谱的实测结果

    Figure 11.  Measurement results of simulated spectrum when T = 7000 K

    表  1  Offner型光谱成像系统光学结构参数

    Table  1.   Optical structure parameters of Offner type spectral imaging system

    SurfaceRadius/mmThicknessGlassLines/lp·mm−1
    1−84.50030Mirror
    2−473.67630Grating600
    3−95.06555.545Mirror
    下载: 导出CSV
  • 万志, 李葆勇, 刘则洵, 等. 测绘一号卫星相机的光谱和辐射定标[J]. 光学 精密工程,2015,23(7):1867-1873. doi: 10.3788/OPE.20152307.1867

    WAN ZH, LI B Y, LIU Z X, et al. Spectral and radiometric calibrations for mapping satellite-1 camera[J]. Optics and Precision Engineering, 2015, 23(7): 1867-1873. (in Chinese) doi: 10.3788/OPE.20152307.1867
    CHANDER G, MARKHAM B L, HELDER D L. Summary of current radiometric calibration coefficients for Landsat MSS, TM, ETM+, and EO-1 ALI sensors[J]. Remote Sensing of Environment, 2009, 113(5): 893-903. doi: 10.1016/j.rse.2009.01.007
    陈风, 郑小兵. 光谱非匹配对光学遥感器定标精度的影响[J]. 光学 精密工程,2008,16(3):415-419.

    CHEN F, ZHENG X B. Influence of spectrum not-matching on calibration precision of remote sensor[J]. Optics and Precision Engineering, 2008, 16(3): 415-419. (in Chinese)
    徐达, 张国玉, 孙高飞, 等. 基于数字微镜的光谱可调星模拟器光源系统[J]. 发光学报,2017,38(10):1384-1390. doi: 10.3788/fgxb20173810.1384

    XU D, ZHANG G Y, SUN G F, et al. Spectrally tunable star simulator light source based on digital micro-mirror device[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2017, 38(10): 1384-1390. (in Chinese) doi: 10.3788/fgxb20173810.1384
    郑小兵. 高精度卫星光学遥感器辐射定标技术[J]. 航天返回与遥感,2011,32(5):36-43. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2011.05.009

    ZHENG X B. High-accuracy radiometric calibration of satellite optical remote sensors[J]. Spacecraft Recovery &Remote Sensing, 2011, 32(5): 36-43. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2011.05.009
    万志, 李葆勇, 李宪圣, 等. 积分球光源分布温度对宽波段光学遥感器绝对辐射定标的影响及其校正[J]. 发光学报,2012,33(8):863-868. doi: 10.3788/fgxb20123308.0863

    WAN ZH, Li B Y, LI X SH, et al. Influence of integrating sphere source’s distribution temperature on broadband optical remote sensor’s absolute radiometric calibration and correcting methods[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2012, 33(8): 863-868. (in Chinese) doi: 10.3788/fgxb20123308.0863
    刘洪兴, 刘则洵, 李葆勇, 等. 基于多光源的光谱分布可调谐光源系统[J]. 光学 精密工程,2014,22(9):2345-2351. doi: 10.3788/OPE.20142209.2345

    LIU H X, LIU Z X, LI B Y, et al. Spectrum-tunable light source based on multi-sources[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(9): 2345-2351. (in Chinese) doi: 10.3788/OPE.20142209.2345
    李晓妮, 吴璀罡, 赵昕, 等. 自动标定型光谱可调星模拟器光源系统[J]. 光子学报,2015,44(5):0522003. doi: 10.3788/gzxb20154405.0522003

    LI X N, WU C G, ZHAO X, et al. The research of the light source for star simulator with automatic calibration and adjustable spectrum[J]. Acta Photonica Sinica, 2015, 44(5): 0522003. (in Chinese) doi: 10.3788/gzxb20154405.0522003
    刘洪兴, 任建伟, 刘则洵, 等. 基于LED的多色温多星等单星模拟器[J]. 光学学报,2015,35(2):0212003. doi: 10.3788/AOS201535.0212003

    LIU H X, REN J W, LIU Z X, et al. LED-based single star simulator with multi-color-temperature and multi-star-magnitude output[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(2): 0212003. (in Chinese) doi: 10.3788/AOS201535.0212003
    朱雨霁, 尹达一, 陈永和, 等. 高光谱分辨率紫外Offner成像光谱仪系统设计[J]. 光学学报,2018,38(2):0222001. doi: 10.3788/AOS201838.0222001

    ZHU Y J, YIN D Y, CHEN Y H, et al. Design of hyperspectral resolution ultraviolet Offner imaging spectrometer system[J]. Acta Optica Sinica, 2018, 38(2): 0222001. (in Chinese) doi: 10.3788/AOS201838.0222001
    方煜, 相里斌, 袁艳, 等. 基于Offner中继结构的机载棱镜色散成像光谱仪系统设计[J]. 光谱学与光谱分析,2013,33(3):838-843. doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2013)03-0838-06

    FANG Y, XIANG L B, YUAN Y, et al. Design of the airborne prism dispersive imaging spectrometer system based on Offner relay configuration[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2013, 33(3): 838-843. (in Chinese) doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2013)03-0838-06
    倪力军, 韩明月, 张立国, 等. 基于稳定一致波长筛选的无标样近红外光谱模型传递方法[J]. 分析化学,2018,46(10):1660-1668. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.181242

    NI L J, HAN M Y, ZHANG L G, et al. A novel calibration transfer method of near infrared spectral model without standard samples based on screening stable and consistent wavelengths[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2018, 46(10): 1660-1668. (in Chinese) doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.181242
    谢欢, 陈争光. 遗传模拟退火算法在玉米秸秆纤维素含量检测中的应用[J]. 分析化学,2019,47(12):1987-1994.

    XIE H, CHEN ZH G. Application of genetic simulated annealing algorithm in detection of corn straw cellulose[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2019, 47(12): 1987-1994. (in Chinese)
    颜凡, 朱启兵, 黄敏, 等. 拉曼光谱结合稀疏非负最小二乘算法用于混合物组分识别[J]. 分析化学,2020,48(2):298-305.

    YAN F, ZHU Q B, HUANG M, et al. Identification of mixture components using sparse non-negative least squares algorithm base on Raman spectroscopy[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2020, 48(2): 298-305. (in Chinese)
  • 加载中
图(12) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  1688
  • HTML全文浏览量:  534
  • PDF下载量:  71
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-26
  • 修回日期:  2019-12-19
  • 网络出版日期:  2020-09-09
  • 刊出日期:  2020-10-01

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要通知

    2024年2月16日科睿唯安通过Blog宣布,2024年将要发布的JCR2023中,229个自然科学和社会科学学科将SCI/SSCI和ESCI期刊一起进行排名!《中国光学(中英文)》作为ESCI期刊将与全球SCI期刊共同排名!