提高遥感相机电子学成像质量方法

    遥感相机是利用接收目标反射或辐射的电磁波，来获取目标的性质、形状、大小、位置等有关特征的信息。影响遥感相机成像质量的因素很多，如卫星平台的稳定性、大气的变化、相机光学结构系统的稳定性、焦面的位置、数据的压缩和传输、地面图像处理等，这里只讨论提高遥感相机电子学成像质量的方法。

    １　提高电子学成像质量的方法

    １．１　选择高速低噪声集成电子元器件，提高信噪比

    信噪比是遥感相机的一个重要指标之一，它反映了景物的层次和 清晰度，直接关系 到相机的灰度 分辨力［１］。电子学系统的信噪比主要与地面景物的照度和反射率有很大的关系。信噪比可表示为（单位：ｄＢ）：

ＳＮＲ＝２０ｌｏｇ（ＮＳ／Ｎｉｎ）

    式中：ＮＳ为信号数值；Ｎｉｎ为等效输入噪声数值；

    由此可见提高信噪比需要通过增大信号幅度和减少噪声幅度两个途径（增大信号幅度的措施可以通过采用ＴＤＩ　ＣＣＤ累积积分的方法加以解决），这里主要分析通过降低噪声来提高信噪比。

    为了保证成像电路的低噪声，选用高速低噪声集成器件是一项关键的措施。ＴＤＩ　ＣＣＤ是成像的核心器件，其噪声水平决定了成像的质量。ＴＤＩ　ＣＣＤ主要噪声源可以概括为光子霰粒噪声Ｎｓｎ和ＴＤＩ　ＣＣＤ读出噪声Ｎｃｃｄ。其中光子霰粒噪声是由于到达传感器的光子数量随机波动引起的，对于所有图像传感器都一样存在，它代表着器件最高信噪比的极限，片外的信号处理电路不能对此噪声进行抑制［１－３］。ＴＤＩ　ＣＣＤ读出噪声反映了ＴＤＩ　ＣＣＤ自身的噪声水平，通过选用低噪声的ＴＤＩ　ＣＣＤ可以有效降低其读出噪声。一般情况下，ＣＣＤ的噪声水平都低于１ｍＶ。

    降低预放电路噪声的主要措施是选用低噪声的运算放大器和合理的低噪声设计。可供选择的运算放大器种类也很多。要根据系统工作速度和噪声要求来选择合适的器件。为了获得尽可能高的信噪比，还要对前置预防进行合理的低噪声设计。图１是典型运算放大器噪声模型，利用该模型就可以进行低噪声设计并求出放大器产生的总噪声。

   根据器件说明书，分别查找到ＶＮ，ＩＮ－，ＩＮ＋，代入上面噪声模型，就可以求得总的噪声，单位为ｎＶ·Ｈｚ－１２。然后根据带宽，则可得到噪声电压的有效值。

    视频处理器是将ＣＣＤ输出模拟信号进行量化处理的关键器件。它的功能包括相关双采样（ＣＤＳ）、放大和量化，所以ＣＤＳ噪声、放大器噪声和量化噪声都将取决于这个芯片［４－５］。此芯片的噪声性能对系统的噪声影响很大。该种类的芯片可供选择的种类也较多。主要有ＡＤＩ司，ＴＩ公司，ＮＸＰ公司等。这类芯片的总的输出噪声一般小于１ＬＳＢ。此类芯片量化位数有１０位、１２位等。量化位数越高，则量化噪声越小。若Ａ／Ｄ的满量程为２Ｖ，当１０位量化时的量化噪声是０．５６ｍＶ，而当１２位量时，则量化噪声仅为０．１４ｍＶ。