評(píng)價(jià)高光譜相機(jī)性能的五大參數(shù)

高光譜相機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍，通常由其系統(tǒng)自身的性能參數(shù)決定。高光譜相機(jī)用于系統(tǒng)評(píng)估的性能參數(shù)有很多，主要包括工作光譜范圍、光譜分辨率、探測(cè)器凝視時(shí)間、信噪比和集光本領(lǐng)等幾個(gè)主要參數(shù)。本文對(duì)此進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。

1. 工作光譜范圍

工作光譜范圍指光譜儀能夠記錄的光譜范圍，其主要由光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)元件的光譜透過(guò)率或者反射率，及所選探測(cè)器的光譜靈敏度范圍決定。

2. 光譜分辨率

光譜分辨率為探測(cè)光譜輻射能量的最小波長(zhǎng)間隔，即光譜探測(cè)能力。對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般將其定義為光譜通道的波段寬度，即在工作光譜范圍內(nèi)，其分光元件所得光譜通道越多、波段寬度越窄，光譜分辨率越高；對(duì)于探測(cè)器來(lái)說(shuō)，其被嚴(yán)格定義為儀器達(dá)到光譜響應(yīng)最大值的50%時(shí)的波長(zhǎng)寬度，探測(cè)器能夠識(shí)別的波段數(shù)越多、波普范圍越窄，地面物體信息越容易區(qū)分和識(shí)別，針對(duì)性越強(qiáng)。

3. 信噪比

信噪比（SNR），其定義為成像光譜儀所采集的目標(biāo)信號(hào)（VS）和（VN）的比值，其結(jié)果直接影響了目標(biāo)圖像分類(lèi)和識(shí)別等數(shù)據(jù)處理效果。光學(xué)系統(tǒng)信噪比表達(dá)式為：

上式中，δ為探測(cè)器的像元尺寸，tin為探測(cè)器能量積分時(shí)間，τa為大氣的平均透過(guò)率，τb為光學(xué)系統(tǒng)平均透過(guò)率，E為太陽(yáng)在地面的光普照度，D*為探測(cè)器的可探測(cè)比，ρ為地物的反射率，z為太陽(yáng)天頂角，Xt為光譜帶寬，F(xiàn)為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)，△f為噪聲等效帶寬。由上式可知，光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)越小，系統(tǒng)透過(guò)率越高，探測(cè)器像元尺寸越大、探測(cè)效率越高，儀器的信噪比越高。

4. 探測(cè)器凝視時(shí)間

探測(cè)器凝視時(shí)間指儀器的瞬時(shí)視場(chǎng)掃過(guò)地元目標(biāo)時(shí)，探測(cè)器的光能量積分時(shí)間。

凝視時(shí)間越長(zhǎng)，探測(cè)器積分能量越多，光譜響應(yīng)越強(qiáng)，所獲取的目標(biāo)圖像信噪比越高。

5. 集光本領(lǐng)

集光本領(lǐng)表示光譜儀收集和傳遞光能量的本領(lǐng)，即表明目標(biāo)自身輻射的光譜亮度和儀器能夠探測(cè)的光度數(shù)值的關(guān)系。對(duì)于成像光譜儀來(lái)說(shuō)，集光本領(lǐng)可通過(guò)計(jì)算狹縫面積和孔徑立體角之積得到，其中狹縫寬度對(duì)光譜分辨率有影響，其尺寸應(yīng)與像元尺寸一致，因此可通過(guò)增大光學(xué)系統(tǒng)的孔徑立體角提高集光本領(lǐng)。