理论教育 成像噪声模型-空间目标相对导航与滤波技术

成像噪声模型-空间目标相对导航与滤波技术

时间:2023-07-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:在CCD相机系统中,SNR在广义上可认为是在某个像素点上相应的信号大小与信号不确定性的比值。根据信噪比,对模拟图像添加该信噪比的高斯噪声,模拟星载可见光相机工作时的噪声特性。

成像噪声模型-空间目标相对导航与滤波技术

为了更加真实地模拟星载可见光相机的成像过程,还需要考虑图像传感器的特性。图像传感器是可见光相机的重要组成部分,根据元件不同,可分为电荷耦合元件(CCD)和金属氧化物半导体元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)两大类。

CCD传感器有解析度高、杂讯低、动态范围广、线性特性曲线良好、光子转换率高、感光面积大、光谱响应广、影响失真低、体积和质量小等优点,与CMOS传感器相比,CCD传感器能提供更好的图像质量和抗噪能力。因此,在星载可见光相机中,可采用CCD传感器以提高图像传感器的性能。

天文CCD相机系统中的噪声来源有许多,例如由光子到达比率的变化所引入的噪声、由复位电路所引入的噪声等,其中主要的噪声来源有三个:光子噪声、暗电流噪声和读出噪声。

信噪比(SNR)是决定系统最终性能的重要指标之一,可用来描述测量的品质,高的SNR在高精度的光测量系统中尤其重要。在CCD相机系统中,SNR在广义上可认为是在某个像素点上相应的信号大小与信号不确定性的比值。从狭义上来说,它是在某一像素上的测量信号与全部测量噪声的比值。在短曝光条件下,读出噪声占主导地位,信噪比可以简单地表示为(www.daowen.com)

式中:S为CCD上的光子流,单位为光子数/(像素·秒)[photons/(pixel·s)];Qe为CCD的量子效率;t为曝光时间(积分时间),单位为s;Nr为读出噪声,单位为电子数均方根/像素。

根据信噪比,对模拟图像添加该信噪比的高斯噪声,模拟星载可见光相机工作时的噪声特性。

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