一种干涉型成像光谱仪相位校正方法及装置与流程

1.本发明涉及航天遥感技术领域，特别是一种干涉型成像光谱仪相位校正方法及装置。


背景技术：

2.环境减灾2号卫星上搭载的高光谱成像仪是一种大口径静态成像光谱仪(lasis)，该光谱仪通过对整个视场的推扫产生带有空间信息和干涉信息三维图像。对干涉图进行傅里叶变换即可获得光源目标的光谱分布，经过数据图像系统处理后即可合成高光谱影像。干涉型光谱仪具有潜在高通量、多通道和高光谱分辨率的优势，具有很好的发展潜力和应用前景。
3.干涉高光谱成像仪的相位校正是干涉数据处理过程中的重要环节之一。由于在采样过程中，探测器光谱响应不均匀、干涉仪分束板分光的非均匀性、电子线路误差以及采样的晃动以及步均不等都会造成零光程差位置偏移，干涉数据呈现不对称，干涉数据中包含了相位误差，相位误差会导致重建后的光谱幅值失真，因此在光谱复原前需要做相位校正。相位校正的主要方法有绝对值法、mertz乘积法和forman卷积法。mertz光谱复原法主要是通过小双边干涉数据计算相位误差，然后通过乘积法进行相位校正。为了提高干涉型高光谱仪光谱复原的光谱准确度和图像信噪比，根据实际光谱仪实际特点，对相位校正算法进行了不同的改进。传统mertz复原法在相位校正过程中仅仅使用了干涉数据实部的信息，会损失干涉信息，从而影响最终的光谱准确度。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种干涉型成像光谱仪相位校正方法及装置。
5.本发明的技术解决方案是：
6.第一方面，本发明实施例提供了一种干涉型成像光谱仪相位校正方法，所述方法包括：
7.提取所述干涉型成像光谱仪采集的光谱干涉数据中的小双边干涉数据；
8.对所述小双边干涉数据进行补零处理，得到补零后的小双边干涉数据；
9.根据所述补零后的小双边干涉数据，计算得到相位误差；
10.对所述光谱干涉数据进行补零处理，得到补零后的光谱干涉数据；
11.基于所述相位误差对所述补零后的光谱干涉数据的虚部信息进行相位校正，得到所述干涉型成像光谱仪的复原光谱。
12.可选地，所述对所述小双边干涉数据进行补零处理，得到补零后的小双边干涉数据，包括：
13.对所述小双边干涉数据的频域进行插值处理，以将所述小双边干涉数据的采样点数补充至n个点，得到补零后的小双边干涉数据；n为正整数。
14.可选地，所述根据所述补零后的小双边干涉数据，计算得到相位误差，包括：
15.对所述补零后的小双边干涉数据进行傅里叶变换，得到复数光谱信息；
16.根据所述复数光谱信息，计算得到所述相位误差。
17.可选地，所述根据所述复数光谱信息，计算得到所述相位误差，包括：
18.基于下述公式(1)计算得到所述相位误差：
[0019][0020]
上述公式(1)中，为相位误差，b'(ν)r为所述复数光谱信息的实部信息，b'(ν)i为所述复数光谱信息的虚部信息。
[0021]
可选地，所述基于所述相位误差对所述补零后的光谱干涉数据的虚部信息进行相位校正，得到所述干涉型成像光谱仪的复原光谱，包括：
[0022]
对所述补零后的光谱干涉数据进行傅里叶变换，得到全部复数光谱信息；
[0023]
基于所述相位误差对所述全部复数光谱信息的虚部信息进行相位校正，得到校正的虚部信息；
[0024]
根据所述全部复数光谱信息的实部信息和所述校正的虚部信息，得到所述干涉型成像光谱仪的复原光谱。
[0025]
第二方面，本技术实施例提供了一种干涉型成像光谱仪相位校正装置，所述装置包括：
[0026]
小双边干涉数据提取模块，用于提取所述干涉型成像光谱仪采集的光谱干涉数据中的小双边干涉数据；
[0027]
小双边干涉数据补零模块，用于对所述小双边干涉数据进行补零处理，得到补零后的小双边干涉数据；
[0028]
相位误差计算模块，用于根据所述补零后的小双边干涉数据，计算得到相位误差；
[0029]
光谱干涉数据补零模块，用于对所述光谱干涉数据进行补零处理，得到补零后的光谱干涉数据；
[0030]
复原光谱获取模块，用于基于所述相位误差对所述补零后的光谱干涉数据的虚部信息进行相位校正，得到所述干涉型成像光谱仪的复原光谱。
[0031]
可选地，所述小双边干涉数据补零模块包括：
[0032]
小双边干涉数据补零单元，用于对所述小双边干涉数据的频域进行插值处理，以将所述小双边干涉数据的采样点数补充至n个点，得到补零后的小双边干涉数据；n为正整数。
[0033]
可选地，所述相位误差计算模块包括：
[0034]
复数光谱信息获取单元，用于对所述补零后的小双边干涉数据进行傅里叶变换，得到复数光谱信息；
[0035]
相位误差计算单元，用于根据所述复数光谱信息，计算得到所述相位误差。
[0036]
可选地，所述相位误差计算单元包括：
[0037]
基于下述公式(1)计算得到所述相位误差：
[0038][0039]
上述公式(1)中，为相位误差，b'(ν)r为所述复数光谱信息的实部信息，b'
(ν)i为所述复数光谱信息的虚部信息。
[0040]
可选地，所述复原光谱获取模块包括：
[0041]
全部复数光谱信息获取单元，用于对所述补零后的光谱干涉数据进行傅里叶变换，得到全部复数光谱信息；
[0042]
校正虚部信息获取单元，用于基于所述相位误差对所述全部复数光谱信息的虚部信息进行相位校正，得到校正的虚部信息；
[0043]
复原光谱获取单元，用于根据所述全部复数光谱信息的实部信息和所述校正的虚部信息，得到所述干涉型成像光谱仪的复原光谱。
[0044]
本发明与现有技术相比的优点在于：在本发明实施例中，从干涉型成像干涉数据相位校正原理出发，考虑了虚部项对光谱复原精度的影响，实现了顾及虚部的干涉高光谱mertz相位校正算法，有效地利用了干涉数据虚部残差项所涵盖的有用信息，提高了干涉型成像光谱仪复原光谱的准确性。本方法与现有处理传统的mertz方法相比较，处理精度有所提升，很好的满足了干涉型成像仪数据处理的光谱复原精度需求。并且，本发明实施例成功的进行了环境减灾2号卫星高光谱成像仪的干涉数据的相位校正，对提高干涉型成像光谱仪的复原后的光谱准确性具有重要意义。
附图说明
[0045]
图1为本发明实施例提供的一种干涉型成像光谱仪相位校正方法的步骤流程图；
[0046]
图2为本发明实施例提供的一种技术流程的示意图；
[0047]
图3为本发明实施例提供的一种干涉型成像光谱仪相位校正装置的结构示意图。
具体实施方式
[0048]
干涉型成像光谱仪干涉图像光谱复原过程中，仅使用了实部的有效信息，未考虑虚部的有效信息，为了在相位校正的同时保证原有干涉信息(即光谱信息)不受损失，通过实部和虚部的平方和开根号来实现mertz法相位校正。
[0049]
干涉型成像光谱仪采集得到的干涉数据中包含两部分信息，一是实部项，包含着主要的信息，二是虚部项，包含有残差信息，传统的mertz相位校正方法，仅使用了包含主要信息的实部项，则对复原光谱数据精度会产生一定的影响，而通过引入虚部残差项，可以充分利用干涉数据所带干涉信息，从而提高光谱复原的精度。以环境减灾2号卫星高光谱成像仪为例介绍该算法的具体实施细节。假设探测器得到的干涉图序列为{i(n),n＝1,2,...p...2
×
p-1,...n}，理论最大光程差位置出现在p点，前2
×
p-1点为小双边数据，2
×
p到n点为单边干涉数据，其中n＝1024,p＝36,n＝256。
[0050]
接下来结合具体实施例对本发明实施例的技术方案进行如下详细描述。
[0051]
实施例一
[0052]
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种干涉型成像光谱仪相位校正方法的步骤流程图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
[0053]
步骤101：提取所述干涉型成像光谱仪采集的光谱干涉数据中的小双边干涉数据。
[0054]
干涉型成像光谱仪为了提高光谱分辨率，干涉数据采样时候，往往不采用对称采样，而采用小双边采样方式，整个干涉数据中部分数据是关于零光程差位置是对称的，而另
外一部分则是单边采样的。这样既可以得到较大的最大光程差，提高光谱分辨率，又可以有效降低非对称采样对光谱复原处理精度的影响。零光程差附近干涉数据的信噪比较高，提取小双边干涉数据{i1(n),n＝1,2,...,p...,2
×
p-1}用于计算干涉数据的相位误差。
[0055]
在提取干涉型成像光谱仪采集的光谱干涉数据中的小双边干涉数据之后，执行步骤102。
[0056]
步骤102：对所述小双边干涉数据进行补零处理，得到补零后的小双边干涉数据。
[0057]
在提取干涉型成像光谱仪采集的光谱干涉数据中的小双边干涉数据之后，可以对小双边干涉数据进行补零处理，以得到补零后的小双边干涉数据。在具体实现中，可以对小双边干涉数据的频域进行插值处理，以将小双边干涉数据的采样点数补充至n个带你，得到补零后的小双边干涉数据，其中，n为正整数。
[0058]
在实际应用中，对小双边干涉数据进行补零处理，是由于小双边数据采样点较少，为2
×
p-1，直接进行光谱复原后的光谱曲线波数间隔较大，需要进行插值处理，时域的补零相当于在频域(光谱和相位信息)进行了插值处理，扩充到n个点，将第2
×
p-1放置在n/2 1的位置；得到干涉数据序列为{i2(n)＝0,0,
…
,i(1),i(2),
…
,i(p),
…
,i(2
×
p-1),
…
,0,n＝1,2,...,1024}。
[0059]
在对小双边干涉数据进行补零处理，得到补零后的小双边干涉数据之后，执行步骤103。
[0060]
步骤103：根据所述补零后的小双边干涉数据，计算得到相位误差。
[0061]
在对小双边干涉数据进行补零处理，得到补零后的小双边干涉数据之后，可以根据补零后的小双边干涉数据计算得到相位误差。具体地，可以对补零后的小双边干涉数据进行傅里叶变换，以得到复数光谱信息，进而可以根据复数光谱信息计算得到相位误差。
[0062]
在实际应用中，对补零后的小双边干涉数据进行光谱复原，计算相位误差：对补零后的小双边干涉数据进行傅里叶变换，得到复数光谱信息b'(ν)，
[0063]
b'(ν)＝fft(i2(n))
[0064]
在得到复数光谱信息之后，可以结合下述公式计算相位误差
[0065]
其中，b'(ν)r为所述复数光谱信息的实部信息，b'(ν)i为所述复数光谱信息的虚部信息。
[0066]
在根据补零后的小双边干涉数据计算得到相位误差之后，执行步骤104。
[0067]
步骤104：对所述光谱干涉数据进行补零处理，得到补零后的光谱干涉数据。
[0068]
在得到干涉型成像光谱仪采集的光谱干涉数据之后，可以对全部的光谱干涉数据进行补零处理，以得到补零后的光谱干涉数据，
[0069]
在实际应用中，全部干涉数据补零处理：为了确保复原后的光谱波数与补零后小双边干涉数据复原后的波数相对应，需要对全部干涉数据补零操作，插值后的全部干涉数据序列为：
[0070]
{i3(n)＝0,0,
…
,i(1),i(2),
…
,i(p),
…
,i(2
×
p-1),
…
,i(n),
…
,0,n＝1,2,...,1024}。
[0071]
在对光谱干涉数据进行补零处理得到补零后的光谱干涉数据之后，执行步骤105。
[0072]
步骤105：基于所述相位误差对所述补零后的光谱干涉数据的虚部信息进行相位
校正，得到所述干涉型成像光谱仪的复原光谱。
[0073]
在对光谱干涉数据进行补零处理得到补零后的光谱干涉数据之后，可以基于相位误差对补零后的光谱干涉数据的虚部信息进行相位校正，得到干涉型成像光谱仪的复原光谱。具体地，可以对补零后的光谱干涉数据进行傅里叶变换，得到全部复数光谱信息，然后，基于相位误差对全部复数光谱信息的虚部信息进行相位校正，得到校正的虚部信息，最后，可以根据全部复数光谱信息的实部信息和校正的虚部信息，得到所述干涉型成像光谱仪的复原光谱。
[0074]
在实际应用中，全部干涉数据光谱复原：对补零后的全部干涉数据进行傅里叶变化，得到全部复数光谱信息b(ν)：
[0075]
b(ν)＝fft(i3(n))
[0076]
然后进行相位校正：传统的mertz相位校正方法如下所示：
[0077][0078]
仅使用了实部项，舍弃了虚部项，对应的虚部项具体表示为：
[0079][0080]
改进后的mertz相位校正法考虑了虚部项对光谱的影响，计算表达式如下：
[0081][0082]
此时便可得到复原后的光谱曲线，并完好的保留了原有干涉数据的虚部项信息，使得最终复原的光谱数据精度明显提高。
[0083]
本发明从干涉型成像干涉数据相位校正原理出发，考虑了虚部项对光谱复原精度的影响，实现了顾及虚部的干涉高光谱mertz相位校正算法，有效地利用了干涉数据虚部残差项所涵盖的有用信息，提高了干涉型成像光谱仪复原光谱的准确性。本方法与现有处理传统的mertz方法相比较，处理精度有所提升，很好的满足了干涉型成像仪数据处理的光谱复原精度需求。
[0084]
对于本发明实施例的实现流程可以结合图2进行如下详细描述。
[0085]
参照图2，示出了本发明实施例提供的一种技术流程的示意图。
[0086]
如图2所示，在获取到干涉型成像光谱仪采集的光谱干涉数据之后，1、提取出小双边干涉数据。2、对小双边干涉数据执行切趾操作；3、对切趾操作的数据进行补零处理；4、对补零后的小双边干涉数据进行fft处理，5、计算相位误差；6、对于全部干涉数据可以执行切趾、补零处理、fft处理；7、去除相位误差，得到复原的光谱数据。该过程中有效地利用了干涉数据虚部残差项所涵盖的有用信息，提高了干涉型成像光谱仪复原光谱的准确性。
[0087]
实施例二
[0088]
参照图3，示出了本发明实施例提供的一种干涉型成像光谱仪相位校正装置的结构示意图，如图3所示，该装置可以包括以下模块：
[0089]
小双边干涉数据提取模块310，用于提取所述干涉型成像光谱仪采集的光谱干涉数据中的小双边干涉数据；
[0090]
小双边干涉数据补零模块320，用于对所述小双边干涉数据进行补零处理，得到补零后的小双边干涉数据；
[0091]
相位误差计算模块330，用于根据所述补零后的小双边干涉数据，计算得到相位误
差；
[0092]
光谱干涉数据补零模块340，用于对所述光谱干涉数据进行补零处理，得到补零后的光谱干涉数据；
[0093]
复原光谱获取模块350，用于基于所述相位误差对所述补零后的光谱干涉数据的虚部信息进行相位校正，得到所述干涉型成像光谱仪的复原光谱。
[0094]
可选地，所述小双边干涉数据补零模块320包括：
[0095]
小双边干涉数据补零单元，用于对所述小双边干涉数据的频域进行插值处理，以将所述小双边干涉数据的采样点数补充至n个点，得到补零后的小双边干涉数据；n为正整数。
[0096]
可选地，所述相位误差计算模块330包括：
[0097]
复数光谱信息获取单元，用于对所述补零后的小双边干涉数据进行傅里叶变换，得到复数光谱信息；
[0098]
相位误差计算单元，用于根据所述复数光谱信息，计算得到所述相位误差。
[0099]
可选地，所述相位误差计算单元包括：
[0100]
基于下述公式(1)计算得到所述相位误差：
[0101][0102]
上述公式(1)中，为相位误差，b'(ν)r为所述复数光谱信息的实部信息，b'(ν)i为所述复数光谱信息的虚部信息。
[0103]
可选地，所述复原光谱获取模块350包括：
[0104]
全部复数光谱信息获取单元，用于对所述补零后的光谱干涉数据进行傅里叶变换，得到全部复数光谱信息；
[0105]
校正虚部信息获取单元，用于基于所述相位误差对所述全部复数光谱信息的虚部信息进行相位校正，得到校正的虚部信息；
[0106]
复原光谱获取单元，用于根据所述全部复数光谱信息的实部信息和所述校正的虚部信息，得到所述干涉型成像光谱仪的复原光谱。
[0107]
本技术所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本技术，但不以任何方式限制本技术。因此，本领域技术人员应当理解，仍然对本技术进行修改或者等同替换；而一切不脱离本技术的精神和技术实质的技术方案及其改进，均应涵盖在本技术专利的保护范围中。
[0108]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。