[发明专利]基于电子倍增的超光谱成像系统

摘要

基于电子倍增的超光谱成像系统，涉及航天应用的光谱成像技术领域，解决现有光谱成像系统采用摆镜增加了系统的体积和重量，且获取图像不连续以及受入射光能量、积分时间、光谱分辨率以及分光元件透过率的影响，信噪比受到较大制约的问题。本发明将超高速电子倍增与成像光谱有机结合，构建基于电子倍增的超光谱成像系统，取消摆镜的使用；通过建立基于电子倍增的超光谱成像系统信噪比模型；根据入射的光谱能量范围、电子倍增器件输出信号的幅度、视频处理器的最大输入信号幅度、量化位数等，设置最佳的模拟增益、电子倍增增益以提高光谱信号的信噪比，克服电子倍增增益与电子倍增附加噪声因子之间的矛盾。

主权项

1.基于电子倍增的超光谱成像系统，包括光学系统、电子倍增CCD传感器、预放器、视频处理器和数据处理器，地面景物光线经大气，然后经光学系统成像在电子倍增CCD传感器上的不同像元上，所述电子倍增CCD传感器获得光学系统狭缝上各点的光谱图像信息，光谱图像信息经预放器、视频处理器和数据处理器处理后输出数字光谱图像数据；其特征是，设定所述超光谱成像系统的信噪比模型，根据输入的光谱能量大小，选择相应的电子倍增增益，具体为：计算总噪声的方差；总噪声的迭加遵循独立误差合成原理，所述总噪声的方差用下式表示为：式中，F为电子倍增过程产生的额外噪声因子，G为电子倍增过程产生的增益，kop为预放器的放大倍数，kagc为视频处理器的成像增益，σs为霰粒噪声方差，σd为暗电流噪声方差，σCIC为时钟诱导噪声方差，σsmear为smear引起的噪声方差，σre为读出噪声方差，σqua为量化噪声方差，σtransfer为光生电荷在整个转移过程中受电源及驱动信号影响产生的噪声方差；根据总噪声方差公式，获得超光谱成像系统电子倍增增益的成像信噪比，用下式表示为：对上式进行变换，获得如下公式：式中，g为超光谱成像系统的成像增益，VS为由光生电荷经电荷电压转换后的等效输出电压；量化值对应等效输出电压Vo用公式表示为：Vo＝GkagckopVs，当电子倍增增益G大于1，则要求GVs小于等于电子倍增CCD的等效的满阱电子容量，且GkagckopVs小于等于模数转换器的量程范围Vad。