基于电子倍增的高光谱成像链模型的系统信噪比分析

高光谱成像的应用效果非常依赖于所获取的图像信噪比(SNR)。在高空间分辨率下, 帧速率高、信噪比低, 由于光谱成像包含了两维空间-光谱信息, 不能使用时间延迟积分(TDI)模式解决光能量弱的问题; 目前多采用摆镜降低应用要求, 但增加了体积和质量, 获取的图像不连续, 且运动部件降低了航天的可靠性。基于此, 将超高速电子倍增与成像光谱有机结合, 构建了基于电子倍增的高分辨率高光谱成像链模型, 综合考虑辐射源、地物光谱反射、大气辐射传输、光学系统成像、分光元件特性、探测器光谱响应和相机噪声等各个环节, 可用于成像链路信噪比的完整分析。采用LOWTRAN 7软件进行大气辐射传输计算, 对不同太阳高度角和地物反射率计算像面的照度, 根据电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)探测器的噪声模型, 计算出不同工作条件下的SNR。对SNR的分析和实验, 选择适当的电子倍增增益, 可使微弱光谱信号SNR提高6倍。