[发明专利]一种高灵敏度相机配置优化方法

摘要

本发明公布一种高灵敏度相机配置优化方法。该配置优化方法将杂散光影响，以信杂比形式作为散粒子噪声和背景电平的一部分，分别引入到相机信噪比和动态范围公式中，从而使光学系统性能和电学系统性能统一用相机工作性能评价，构建相机评价体系。该评价体系以目标相机的信噪比、动态范围和调制传递函数等为评价性能指标，以光学系统引入噪声与电学系统引入的噪声大小基本持平作为优化配置准则，以特定工作距、被探测物特性、工作波长和空间分辨率为约束条件，借助多参量优化算法，合理优化配置相机参量，做到相机配置最优，避免配置资源浪费或者失配。

主权项

1.一种高灵敏度相机配置优化方法，其特征在于方法如下：以相机的信噪比SNR、动态范围DR和调制传递函数MTF作为评价性能指标，以光学系统引入噪声与电学系统引入的噪声大小基本持平作为优化配置准则，以工作环境参数物距H、工作波长光学相机焦距f、光学相机口径D与空间分辨率θ为约束条件，借助多参量优化算法，合理优化配置相机光学系统F数，相机口径D，光学系统信杂比SCR，探测器的像元面积A，探测器的量子效率η_i，探测器的电阻R_det，积分电容容C_int，积分时间T_int，探测器暗电流I_dc，以及读出电路输出级增益A_sf参量；所述的相机信噪比SNR计算公式包括杂散光影响，计算公式如下：其中，系统信号用电流表达为I_sig，噪声包括探测器噪声和读出电路总噪声，探测器噪声用电流表示为满足如下表达式：为热噪声，kB＝1.38×10‑23J/K为玻尔兹曼常数，T是探测器工作温度；杂散光以信杂比SCR参数形式，通过散粒子噪声计入探测器噪声公式；Idc为探测器暗电流，e＝1.6×10‑19C是电荷电量；读出电路总噪声用电压表达为所述的相机动态范围DR计算公式包括电子学本底和杂散光本底影响，计算公式如下：其中，Vsat为饱和电压；Vdc为暗电流本底，Vb为探测器直流偏压；Vs为杂散光引起的直流本底，用系统信杂比SCR表达，所述的相机调制传递函数MTF，在奈奎斯特频率的条件下，其中，为平均工作波长；所述的光学系统引入噪声与电学系统引入的噪声大小基本持平，即光生噪声与电学系统噪声大小基本相当，或者光生噪声不是相机系统的主要噪声来源，各噪声以电压形式表达如下：光生噪声电压：其中，Isig为信号电流；电学噪声电压：其中，为读出电路总噪声；以工作环境参数物距H、工作波长光学相机焦距f、光学相机口径D与空间分辨率θ为约束条件具体为：工作环境参数物距H、工作波长光学相机焦距f、光学相机口径D与空间分辨率θ既是相机工作指标要求，参数之间又存在着如下的约束关系：1)θ＝√A/f2)D≥1.22·λ/θ；3)F＝f/D。