[发明专利]一种提高时空联合调制干涉型光谱仪图像信噪比的方法

说明书

本发明公开了一种提高时空联合调制干涉型光谱仪图像信噪比的方法，解决了通过更换硬件的方式提高图像信噪比所带来的灵活性较差的问题。该方法包括以下步骤：1、确定干涉型光谱仪的指标；2、将探测器的工作帧频设置为L*K，设干涉型光谱仪输出的图像的位宽为X‑bit，则将FPGA内部的存储单元的位宽设置为(X+log₂L)bit；3、FPGA首先为探测器提供倍频的驱动信号，让探测器工作在L*K的帧频下，并输出响应帧频的图像数据；4、FPGA对接收到的图像数据进行缓存并进行L帧累加；5、FPGA对累加之后的图像数据进行除数为L的除法操作并按照相应的输出格式对图像数据进行格式整理后输出。

技术领域

本发明涉及一种图像处理技术，具体涉及一种高帧频条件下对多帧图像累加求平均的方法。该发明可以应用于提高时空联合调制干涉型光谱仪的图像信噪比。

背景技术

干涉光谱成像仪是通过产生光程差的方式同时获取景物图像和干涉图的一种光学仪器。根据仪器产生光差的方式和过程不同，干涉光谱成像仪可以分为时间调制、空间调制、时空联合调制三种类型。三种调制方式的干涉光谱成像仪尽管本质相同，即获得来自同一目标点不同光程差处的光波叠加强度，进而形成干涉条纹。但是由于获取干涉信息的过程和途径不同，因此在信号能量传递和噪声特性上存在很大差异。

时空联合调制的干涉光谱成像仪每个像元每次成像仅获得目标某一光程差处干涉信息，需要通过推扫全部视场才能获得完整干涉图。这种干涉光谱成像仪集合了时间调制和空间调制型仪器的优点，既具有大孔径优势，同时又没有运动部件，具有很高的技术优势和应用价值。而仪器的使用者也在不断地探索提高干涉图像信噪比的方法。

图像信噪比的计算公式如下：

散粒噪声：入射到相机的光子在硅层内被转换成光电子，由于光信号的量子特性，相机捕获到的信号存在一定的不确定性，这就是散粒噪声。散粒噪声的存在是一种物理现象，是不能通过相机的设计来减少的。

读出噪声：顾名思义就是相机在读出信号时产生的噪声，是电子通过前置放大器和模-数转换器(ADC)转换为数字信号时引入的不确定性。

暗噪声：除了入射光产生电子之外，相机传感器内部的硅晶格产热也能产生电子，这就是暗电流。

基于以上理论分析，现有提高干涉型光谱仪图像信噪比的方法一般都是重新设计成像电路，例如选用噪声更低的探测器，或者选择性能更好的ADC芯片等，因此，现有提高光谱仪图像信噪比的现有方式灵活性较差。

发明内容

为了解决通过更换硬件的方式提高图像信噪比所带来的灵活性较差的问题，本发明提出了一种提高时空联合调制干涉型光谱仪图像信噪比的方法。

本发明的具体技术方案是：

一种提高时空联合调制干涉型光谱仪图像信噪比的方法，包括以下步骤：

步骤1：确定干涉型光谱仪的指标；

指标包括：干涉型光谱仪的帧频K、空间分辨率、光谱分辨率、推扫速度以及干涉型光谱仪中探测器的最大工作帧频；

其中，干涉型光谱仪中探测器的最大工作帧频≥L*K；

步骤2：将探测器的工作帧频设置为L*K，设干涉型光谱仪输出的图像的位宽为X-bit，则将FPGA内部的存储单元的位宽设置为(X+log₂L)bit；

步骤3：FPGA首先为探测器提供倍频的驱动信号，让探测器工作在L*K的帧频下，并输出响应帧频的图像数据；

步骤4：FPGA对接收到的图像数据进行缓存并进行L帧累加；FPGA对探测器输出的第1帧图像进行缓存，然后将探测器输出的第2至L帧图像中空间位置相同的像元进行累加操作，累加之后继续存储到缓存的相应位置；