7、推扫式传感器辐射定标误差降低方法研究

推扫式传感器辐射定标误差降低方法研究

1. 引言

成像光谱技术在地表覆盖物识别和时空监测等诸多领域有着广泛应用。相较于多光谱仪器，它能在物质区分中融入更多光谱信息。新一代传感器多基于推扫式技术，其垂直于飞行方向的线性传感器阵列可在平台移动时并行扫描采集数据的全宽度。与逐像素采集数据的摆扫式扫描仪相比，推扫式系统能在特定区域停留更长时间，收集更多光线，从而获得更好的信噪比（SNR）。此外，推扫式系统的二维光电探测器阵列还可实现不同的读出配置设置，如空间和/或光谱合并，有助于更好地控制信噪比，使其能在不使探测器元件饱和的情况下，对低反射和高反射材料进行潜在探测。

然而，探测器阵列的使用需要精确的辐射定标，因为不同探测器可能具有不同的物理特性。任何定标误差都会导致图像出现明显的条纹，增加后续分类和分割等分析的不确定性。定标误差的原因多种多样，例如传感器温度的时间波动、过时的定标系数或定标系数建模的不确定性。此外，老化和环境应力会严重影响传感器系统的机械和光学组件，使其在整个任务寿命期内难以保证定标精度不变。

辐射定标和定标系数的估计可视为将已知的传感器入射辐射与测量的数字值（DN）进行关联。通常，通过对具有不同反射率的已知物理目标进行特定光谱的电磁辐射人工照射，然后由包含多个探测器的传感器记录反射辐射。接着，根据入射辐射、反射目标和目标的定义照明对每个探测器的响应进行建模，常用线性最小二乘回归进行数学建模，以平衡探测器之间的差异，从而获得定标系数，即偏移量和斜率。偏移量包含了由热激发电子引起的不需要的探测器相关暗电流，而斜率则直接将辐射与DN相关联。偏移量通常在图像采集前测量，但可能因冷却系统的不稳定性而改变。机械应力或先前实验室定标的不确定性也可能导致探测器物理特性的变化。