Методические аспекты спектрально-энергетических калибровок оптической аппаратуры

В работе рассматриваются методические вопросы калибровок спектрорадиометров и изображающих систем с матричными приемниками излучения на метрологическом комплексе «Камелия-М». Подробно рассмотрена процедура калибровочных измерений, обработки результатов и расчетов расширенной неопределенности измерений спектральной плотности энергетической яркости (СПЭЯ) калибруемым прибором.
Основными операциями при калибровке являются: определение рабочего спектрального диапазона, определение пороговых значений СПЭЯ и динамического диапазона, определение спектральной чувствительности по абсолютным значениям СПЭЯ.
Рассмотрена процедура калибровки фотоспектральной системы (ФСС), опытная эксплуатация которой начата на борту МКС, в частности, спектрального модуля (МС) и модуля регистрации изображений (МРИ), построенного на базе серийного фотоаппарата Nikon D3. Получены угловые и спектральные зависимости аппаратных функций обоих модулей ФСС.
Исследование зависимости длины волны от номера канала МС (спектрорадиометр с вогнутой дифракционной решеткой) показало, что на концах фотоприемника (ПЗС-линейки) отклонение от линейной зависимости может составлять около 4 нм, поэтому по полученным точкам строился кубический сплайн, позволяющий определять длину волны для любого номера канала фотоприемника с высокой точностью.
При определении абсолютной спектральной чувствительности МС по СПЭЯ измеряются спектры эталонного источника диффузного излучения (фотометрической сферы) при различных уровнях ее яркости и для разных времен экспозиции спектрорадиометра. Анализ кривых чувствительности показал, что чувствительность в середине динамического диапазона яркостей линейна, в то время как на границах диапазона чувствительность не подчиняется линейному закону.
Аппроксимирующая функция кривой чувствительности подбирается таким образом, чтобы она наилучшим образом представляла линейную часть кривой.
Проведено определение аддитивного некоррелированного шума МРИ с применением анализа автокорреляционных функций и статистических характеристик калибровочных изображений. Данную технологию оценки можно использовать при относительно высоком уровне шумов.
Рассчитанная расширенная неопределенность абсолютных значений СПЭЯ составляет 4 – 7% в зависимости от спектрального интервала.