為滿足海洋水色遙感器大動態(tài)范圍監(jiān)測的需求,以推掃式成像光譜儀為例,提出一種基于多擋增益的自適應(yīng)成像方法。從遙感器動態(tài)范圍與信噪比的矛盾分析出發(fā),闡述了逐像元自適應(yīng)讀取方法的優(yōu)勢,給出相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由海洋成像場景確定滿阱電荷限制,并利用系統(tǒng)信噪比及動態(tài)范圍約束,仿真分析得出最優(yōu)擋位個(gè)數(shù)及比例。結(jié)果表明,當(dāng)增益擋位為4擋,滿阱電荷分別為2.5 Me^-(超低增益)、500 ke^-(低增益)、100 ke^-(中等增益)、20 ke^-(高增益)時(shí),成像效果最佳�；诖嗽O(shè)置,光譜成像系統(tǒng)總動態(tài)范圍可達(dá)116 dB,典型入射輻亮度下各通道平均信噪比為767.37。同時(shí),利用中等分辨率大氣輻射傳輸模型(MODTRAN)對該成像方法進(jìn)行了驗(yàn)證,除云層的第10通道出現(xiàn)飽和外,其余均滿足動態(tài)范圍和信噪比要求。

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【部分圖文】：

圖1多增益自適應(yīng)成像流程圖

多擋增益自適應(yīng)成像的大致流程如圖1所示。成像開始后,由現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)向探測器注入積分時(shí)間、通道行數(shù)等參數(shù),并讀出暗信號幀[用于最高增益擋下的相關(guān)雙采樣(CDS)]。在主光學(xué)系統(tǒng)及光柵作用下,成像至探測器焦平面,分別讀出每一行像元在多擋增益下的數(shù)字輸出值(DN值)。通....

圖24種特殊情況下的信號電子數(shù)

載荷空間分辨率為100m,軌道為太陽同步軌道,高度為782km�？梢娊t外探測器像元尺寸為30μm,積分時(shí)間為14.5ms,量化位數(shù)14bit。載荷光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)為2.85,實(shí)際光譜分辨率為2.16nm(單行像元)�？紤]到數(shù)據(jù)量問題,采用星上可編程模式,根據(jù)海洋觀測需求....

圖3單行和多行累加的SNR

除了滿足成像場景的動態(tài)范圍,信噪比也是擋位設(shè)定所要考慮的因素。在某一擋增益不飽和的情況下,讀出噪聲電子數(shù)Nread確定,隨著信號電子數(shù)Nsignal的增加,信噪比增加。極限情況下,Nread小到忽略不計(jì),信噪比為Νsignal,即為光子噪聲限。這種情況下,需考慮最低信號是否....

圖4SNR隨擋位及比例的變化

出于工程實(shí)現(xiàn)以及定標(biāo)的考慮,將擋位之間滿阱電荷的比例設(shè)為等比例。假定在探測器最大電壓1.5V和均方根噪聲電壓300μV的情況下,設(shè)置1～7擋(坐標(biāo)軸Stage),比例為2～7(坐標(biāo)軸Ratio),計(jì)算典型水色輻亮度輸入下的各通道平均信噪比。根據(jù)圖4可以發(fā)現(xiàn),擋位設(shè)置越多,信噪....

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