Алгоритм предварительной обработки данных линейки приборов с зарядовой связью на основе адаптивного фильтра Винера

Для применения спектрометров в задачах дистанционного зондирования Земли исследователю необходимо выбирать режимы регистрации спектров, позволяющие добиться наивысшей точности спектральных измерений. При регистрации сигнала с борта авианосителей, обеспечивающих максимальный охват исследуемой территории, важно получить данные с максимальным отношением сигнал-шум за минимальное время, поскольку накопление выборки спектров для последующего усреднения невозможно. В работе представлены экспериментальные результаты определения компонентов шума (шума считывания; фотонного, электронного дробового и структурного шумов) для монохромной неохлаждаемой ПЗС-линейки Toshiba TCD1304DG (ПЗС – приборы с зарядовой связью) при различных условиях регистрации спектра: температуре детектора, времени экспозиции. Полученные зависимости компонентов шума позволяют оценить уровень шума для известных условий регистрации спектров. Предлагается алгоритм обработки данных ПЗС на основе адаптивного фильтра Винера с целью увеличения соотношения сигнал-шум путем использования априорной информации о статистических параметрах компонентов шума. Такой подход позволил увеличить отношение сигнал-шум спектров яркости небесной сферы на 4–9 дБ при регистрации сигнала на различных временах экспозиции. Практическое применение предлагаемого алгоритма уменьшило неопределенность расчета вегетационного индекса NDVI в 1,5 раза при регистрации спектров отражения растительности с борта самолета в надирной геометрии измерений.

1. A technique for evaluation of CCD video-camera noise / K. Irie [et al.] // IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. - 2008. - Vol. 18, iss. 2. - P. 280-284.

2. A model for measurement of noise in CCD digital-video cameras / K. Irie [et al.] // Measurement Science and Technology. - 2008. - Vol. 19, no. 4. - P. 1-5.

3. Матюхин, В. В. Модель шума фоточувствительной матрицы Dalsa CM42M / В. В. Матюхин, Д. Г. Паринов, Е. А. Татаринова // Прикладная физика. - 2017. - № 6. - С. 60-67.

4. Литвинович, Г. С. Методика определения характеристик спектрального прибора для геофизических наблюдений / Г. С. Литвинович, И. И. Бручковский, С. И. Бручковская // Cовременные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса : тез. докл. XV Всерос. откр. конф., Москва, 13-17 нояб. 2017 г. / Институт космических исследований Российской академии наук ; ред. : Л. М. Зеленый [и др.]. - М., 2017. - С. 139.

5. Алгоритм коррекции дифракции второго порядка в спектрометре с вогнутой дифракционной решеткой / С. И. Бручковская [и др.] // Журн. приклад. спектроскопии. - 2019. - Т. 86, № 4. - С. 620-627.

6. Энергетическая калибровка оптических съемочных систем дистанционного зондирования / И. М. Цикман [и др.] // Метрология и приборостроение. - 2012. - № 3(58). - С. 13-20.

7. Kacker, R. Guidelines for Radiometric Calibration of Electro-Optical Instruments for Remote Sensing / R. Kacker. - National Institute of Standards and Technology, 2015. - 131 p.

8. Ferrero, A. Low-uncertainty absolute radiometric calibration of a CCD / A. Ferrero, J. Campos, A. Pons // Metrologia. - 2006. - Vol. 43, no. 2. - P. 17-21.

9. Князев, М. Г. Расчет пороговых значений потока излучения и освещенности для ПЗС матриц KODAK KAI-1003M, KODAR KAI-1020, PHILIPS FTF3020M / М. Г. Князев, А. В. Бондаренко, И. В. Докучаев // Цифровая обработка сигналов. - 2006. - № 3. - С. 49-56.

10. Jae, S. Lim. Two-Dimensional Signal and Image Processing / Lim Jae S. - Prentice Hall PTR, 1989. - 694 p.