为了实现大型曲面透明件雾度和透光率的实时测量, 设计了一种由LED作为光源、双积分球作为信号测量端的雾度和透光率测试仪。在系统工作原理上完成了透光率和雾度的理论推导, 然后进行了光源光谱分布对系统测试结果影响的仿真分析, 光学设计, 积分球参数设计以及支撑调整机构设计, 提高了系统的测试精度和效率。最后, 对大型曲面透明件雾度和透光率实时测试仪进行标定和样品测试。测试结果表明: 标准雾度片的透过率绝对误差均小于0.4%, 雾度绝对误差均小于0.3%, 用户提供样品的透过率测量值与理论计算值的偏差亦小于0.4%, 满足用户要求。

为了提高光学拼接焦平面空间相机的成像性能和图像质量,开展了空间相机研制全过程的辐射定标技术研究,包括辐射响应性能分析、图像传感器的辐射定标及筛选、焦平面辐射定标、系统级辐射定标以及辐射定标数据应用等,并对具有反射镜光学拼接焦平面的空间相机进行了辐射定标实验。结果表明,利用相对辐射校正系数对图像校正,可以有效消除渐晕,图像的非均匀性由14.1%降至0.4%,图像质量明显提升;图像传感器的筛选以及焦平面组件的辐射定标,减少了图像传感器之间的辐射响应差异,相对定标不确定度小于1.0%。

目前光学遥感器向着大口径、宽视场的趋势发展, 随着遥感器口径和视场的不断增大, 需要与之对应的定标设备来满足其全口径全视场的定标要求。为此, 研制了一套超大口径(3.2 m)均匀光源系统。首先基于积分球理论和黑体普朗克理论设计出口光谱辐射亮度, 并利用LightTools软件对出口均匀性和朗伯特性进行内置光源分布仿真设计。然后针对超大口径均匀光源辐射性能测试存在的问题, 研制了一套基于阵列探测器的辐射性能测试装置, 并应用校正算法进行一致性校正。最后利用新研制的设备对超大口径均匀光源进行测试实验, 并对测试不确定度进行分析。结果显示：0.8 m口径光源的光谱辐射亮度大于600 W·m-2·sr-1, 3.2 m口径光源的均匀性优于98.362%, 中心点±45°范围内朗伯特性优于98.810%, 数据表明新研制的超大口径均匀光源满足设计要求。

针对空间相机在轨传递函数因包含大气传递函数而难以客观反映空间相机成像性能的问题，依据靶标调制度、相机入瞳前的物方调制度、像方调制度这三种调制度之间的关系，提出了一种可准确测试大气传递函数和不含大气在轨传递函数的方法。利用该方法对空间相机进行测试，结果表明：实时的大气传递函数为0.762，含大气的沿轨传递函数为0.177，不含大气的沿轨传递函数为0.232。实验室测试的传递函数值与不含大气的沿轨传递函数值的相对误差为4.7%。

针对目前光学口径不断增大的空间光学遥感器实验室辐射定标的需求, 基于近距离扩展源照明方法设计了400~900 nm谱段内最大积分辐射亮度为200 W/(m2·sr)的4 m直径均匀扩展定标光源。该定标光源内径为4 000 mm, 出光面直径为1 600 mm。对该定标光源光机结构进行了详细设计, 利用光纤光谱仪监视输出的相对光谱分布, CPLD结合单片机实现输出光谱辐亮度值无人值守智能化远程自动控制。使用PR 735光谱辐射计测量该光源400~900 nm谱段内最大积分辐射亮度为22262 W/(m2·sr), 通过对定标光源的稳定性、面均匀性及角度均匀性测试, 分析了定标光源的测量不确定度为357%。实验结果表明: 该定标光源可以满足口径1 600 mm以下可见/近红外空间光学载荷的实验室辐射定标需要, 并可实现智能程控化控制, 提高了定标测试精度。

对测绘一号卫星相机的各个光谱通道进行了光谱定标和辐射定标以验证其光谱辐射性能是否达到设计指标要求.进行光谱定标时,利用单色仪分光谱扫描波长提供准直单色辐射照明,同时同步采集定标图像数据;然后将图像灰度值与已经过校准的参考标准探测器的输出进行比对和数据处理,得到相机各个谱段的相对光谱响应函数曲线,从而进一步获得各项光谱特性参量.辐射定标时,采用近距离面源法充满相机的孔径和视场进行端对端的绝对和相对辐射定标.星上内定标则采用经老炼和筛选过的发光二极管(LED)作为星上定标光源,对焦平面阵列探测器及其成像电路的状态和辐射响应性能变化进行在轨监测,在必要的情况下予以校正.定标结果显示:测绘一号卫星相机的各项光谱和辐射性能均达到了设计指标要求,经过相对辐射校正后响应非均匀性由1.93%下降到0.22%,相机全色谱段信噪比超过90倍,多光谱各通道信噪比优于180倍;发射后在轨星上内定标数据与发射前实验室测试结果的比对显示相机的辐射响应性能未发生明显变化,暂时无须校正.

介绍了一种以半导体发光二极管(LED)和溴钨灯为光源的光谱可调谐地面景物光谱辐射源, 及其系统结构和控制系统设计。利用地物光谱辐射源模拟了大量不同地物光谱, 在控制系统中建立了地物光谱数据库, 引进了改进型遗传算法匹配出了光谱数据库中的500余种地物光谱。进而详细分析了几种典型地物的光谱匹配相似度, 平均光谱匹配误差以及全波段, 红, 绿, 蓝和近红外波段光谱匹配相似度。目标辐亮度为50W·(m2·sr)-1时, 地物光谱辐射源平均光谱匹配误差在10%以内, 最低可达6.0%;全波段光谱匹配相似度高于0.895, 最高可达0.983;对于同一景物光谱红、绿、蓝和近红外波段(特别是绿光和近红外波段)光谱匹配相似度低于全波段, 绿光和近红外波段光谱匹配相似度与红光和蓝光波段相比, 最大低幅为50%。地物光谱辐射源能够用于光学遥感器的辐射定标, 能有效解决光学遥感器的工作目标与定标光源光谱不匹配造成的定标误差。

为解决反射式拼接 CCD相机成像渐晕问题, 依据辐射定标理论采用多亮度点渐晕图像校正算法处理渐晕图像。首先, 针对典型的反射镜拼接方式, 分析了成像时产生渐晕的原因; 然后, 根据实验室多亮度等级下成像结果, 得出拼接 CCD渐晕区各像元数码输出值与入瞳处辐射亮度成线性关系的结论; 最后, 应用多亮度点校正算法, 计算出渐晕区各像元的渐晕校正因子, 校正渐晕图像。实验结果表明: 对非均匀性大于 10%的多幅原始渐晕拼接图像, 校正后, 图像的非均匀性下降到 0.5%以内, 可满足反射镜拼接 CCD相机非均匀性指标要求。

针对星模拟器与星敏感器观星的色温不匹配对星敏感器光信号定标精度产生的影响，设计了一种基于LED的多色温多星等单星模拟器，采用该系统模拟特定色温的星光用于星敏感器光信号定标，大幅降低了色温非匹配带来的定标误差。从理论上分析了色温非匹配影响星敏感器光信号的定标精度的机理；根据设计指标确定了星模拟器的设计方案，主要解决了光源的选型、多色温多星等单星模拟器驱动和控制系统、色温星等匹配算法、多色温多星等单星模拟器软件设计四项关键技术问题；对多色温多星等单星模拟器进行了标定和性能测试：0等星4000K和3等星7000 K 星光的光谱匹配误差分别为4.87%和7.83%，星等等级分别为0.03和2.93；光源稳定后，多色温多星等单星模拟器的平行光管出口Φ 100 mm 口径内的照度非均匀度为6.5%，均满足设计指标。

多光谱遥感器彩色图像合成是直接提取多光谱图像中R、G、B 波段合成，由于多光谱成像探测器光谱响应特性与国际照明委员会(CIE)颜色匹配函数严重不匹配，合成的彩色图像出现严重的颜色失真，需进行颜色校正。针对目前传统的白平衡法和色度学合成法的不足，提出了基于发光二级管(LED)光谱可调积分球光源的多光谱相机多点改进型色度合成校正方法。该方法既考虑了地物的光谱特性而且实现简单。实验表明，采用白平衡法校正，目标色品误差最大为0.15，而采用该方法能够将目标色品误差限制在0.05 以内。