基于多挡增益的自适应光谱成像法研究

发布时间：2024-02-03 05:58

　　为满足海洋水色遥感器大动态范围监测的需求,以推扫式成像光谱仪为例,提出一种基于多挡增益的自适应成像方法。从遥感器动态范围与信噪比的矛盾分析出发,阐述了逐像元自适应读取方法的优势,给出相应的系统设计。由海洋成像场景确定满阱电荷限制,并利用系统信噪比及动态范围约束,仿真分析得出最优挡位个数及比例。结果表明,当增益挡位为4挡,满阱电荷分别为2.5 Me^-(超低增益)、500 ke^-(低增益)、100 ke^-(中等增益)、20 ke^-(高增益)时,成像效果最佳。基于此设置,光谱成像系统总动态范围可达116 dB,典型入射辐亮度下各通道平均信噪比为767.37。同时,利用中等分辨率大气辐射传输模型(MODTRAN)对该成像方法进行了验证,除云层的第10通道出现饱和外,其余均满足动态范围和信噪比要求。

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【部分图文】：

图1多增益自适应成像流程图

多挡增益自适应成像的大致流程如图1所示。成像开始后,由现场可编程门阵列(FPGA)向探测器注入积分时间、通道行数等参数,并读出暗信号帧[用于最高增益挡下的相关双采样(CDS)]。在主光学系统及光栅作用下,成像至探测器焦平面,分别读出每一行像元在多挡增益下的数字输出值(DN值)。通....

图24种特殊情况下的信号电子数

载荷空间分辨率为100m,轨道为太阳同步轨道,高度为782km。可见近红外探测器像元尺寸为30μm,积分时间为14.5ms,量化位数14bit。载荷光学系统F数为2.85,实际光谱分辨率为2.16nm(单行像元)。考虑到数据量问题,采用星上可编程模式,根据海洋观测需求....

图3单行和多行累加的SNR

除了满足成像场景的动态范围,信噪比也是挡位设定所要考虑的因素。在某一挡增益不饱和的情况下,读出噪声电子数Nread确定,随着信号电子数Nsignal的增加,信噪比增加。极限情况下,Nread小到忽略不计,信噪比为Νsignal,即为光子噪声限。这种情况下,需考虑最低信号是否....

图4SNR随挡位及比例的变化

出于工程实现以及定标的考虑,将挡位之间满阱电荷的比例设为等比例。假定在探测器最大电压1.5V和均方根噪声电压300μV的情况下,设置1～7挡(坐标轴Stage),比例为2～7(坐标轴Ratio),计算典型水色辐亮度输入下的各通道平均信噪比。根据图4可以发现,挡位设置越多,信噪....

本文编号：3893840