3、高信噪比高光谱夜视图像采集与复用技术

高信噪比高光谱夜视图像采集与复用技术

1. 光谱仪性能需求与发展

高吞吐量和高光谱分辨率是光谱仪的基本要求。传统基于狭缝的光谱仪为了达到合理的分辨率，需要将输入狭缝变窄，但过窄的狭缝无法收集到足够的辐射。为满足这些需求，人们提出了多种设计方案。其中一种方案（即雅昆诺优势）在不牺牲光谱分辨率的前提下实现了吞吐量的最大化。

在过去几十年里，有两种重要且被深入研究的方法来提高光谱仪性能：
- 编码孔径光谱仪（CAS）：用二维编码矩阵孔径（即掩模）取代了狭缝，在不损失光谱分辨率的情况下增加了光通量。经过半个多世纪的发展，顶级的CAS是哈达玛变换光谱仪（HTS），其编码孔径理论基于哈达玛矩阵。近年来，还基于新的数学模型提出了一些新的静态复用CAS。
- 傅里叶变换光谱仪（FTS）

2. 高光谱成像中的复用测量

首先，采集信号的信噪比（SNR）定义为：
[SNR = \frac{信号}{噪声}]

光谱仪的信号源通常强度较低，分散后的信号非常微弱且噪声大。提高数据SNR有两种方法：
- 提高信号强度：可显著提高探测器的去噪灵敏度。
- 降低噪声：非实验室检测无法改变光源条件，直接增强信号来提高SNR是不可能的。但如果将多个信号组合叠加，每个测量信号将比原始信号高得多，从而提高SNR。为了恢复所有信号，需要精心设计组合方式（即编码）。同时测量多个信号组合的方法称为“多重测量”，这是解决低SNR单信号检测问题的有效方法。

光谱测量中的复用技术大致可分为两类：哈达玛变换和傅里叶变换。复用理论是一种加权理论，用于研究多个物体重量的精确测量，可应用于光学系统。例如，要测量n个物体的重量$f_