提高白天观测星体信噪比的方法研究.pdfVIP

　第 15 卷 　第 12 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 15 ,No. 12 　 　2003 年 12 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS Dec. ,2003 　 文章编号 : (2003) 提高白天观测星体信噪比的方法研究 万 　敏, 　苏 　毅 , 　杨 　锐 , 　郑 　捷 , 　冷 　杰 , 　郑为民 , 　胡晓阳 ( 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900) 　　摘 　要 : 　为提高对天体目标的检测概率 ,对多种可提高探测器检测概率的途径进行了研究。研究结果表 明:光谱滤波技术能有效提高信噪比。为得到大的探测对比度和信噪比 ,需合理选取探测系统视场 ,应保证目 ( ) 标像所占像素个数不小于 2 ×2 ; 还应令系统在不加衰减器的情况下 , 电荷耦合器件 CCD 接近饱和并保证 CCD 不饱和。结合探测系统视场的选取 ,利用形态学方法对图像进行处理 ,将大大提高探测信噪比 ,从而大大 提高检测概率。 　　关键词 : 　微弱星体 ; 　检测概率 ; 　白天 ; 　图像处理 ; 　信噪比 　　中图分类号 : 　O43 　　　　文献标识码 : 　A 　　在白天观测遥远微弱星体困难的主要原因在于强背景造成的低对比度及低信噪比。一些文献讨论了白天 跟踪观测非自发光星体的问题[1～4 ] ,实验和理论研究表明 ,光谱滤波是提高检测概率的一种行之有效的方法。 但是不同探测系统视场的选取是否会影响探测信噪比和对比度 ? 如何对探测系统视场进行合理选取 ? 对此问 题却没有一个明确的答案 ,本文对此问题进行了研究。通过对探测系统视场的合理选取 ,天体目标像所占像素 个数成为一个区别于噪声的重要特征。本文采用灰度形态学方法对图像进行处理 ,大大提高了探测信噪比 ,从 而也大大提高了检测概率。 1 　光谱滤波简介 　　星体辐射在到达地球表面之前 , 由于大气层中的分子散射和气溶胶散射,导致透射光谱分布朝红区移动 , 色温也降低。天空辐射包括对太阳辐射的散射和大气辐射 ,对太阳辐射的散射和大气辐射在光谱分布上是有 差别的。对太阳辐射的散射主要分布在波长小于 3μ m 的范围内;而大气辐射由于大气本身温度较低 ,其有效 温度在 200～300 K 内,因而在小于4μ m 的波长范围内的辐射量很小。天空辐射可以认为是上述两种辐射的叠 加 ,在可见光和近红外波段的天空辐射可近似为太阳辐射被分子和气溶胶的散射 ,因此天空辐射显示出光谱分 布朝蓝波漂移 ,晴朗天空的色温接近 20 000～25 000 K[5 ] 。太阳的色温近似为 5 900 K ,非自发光天体目标光来 自太阳,其光谱特性与太阳辐射的光谱特性近似 ,大气散射的结果使得天体目标的目标背景对比度随着波长的 增大而增强。因此采用光谱滤波片实现短波截止滤波将提高对天体目标的检测概率。 2 　信噪比分析 　　当所有信号光子均落在一个像素内时探测系统信噪比 R sn 由 Rork E W[1 ]给出 2 2 1/ 2 ψ( ψ α)