红外超光谱成像傅里叶变换光谱仪与色散光谱仪的性能比较

本文对用于红外超光谱成像的扫描型色散光谱仪和凝视型傅里叶变换光谱仪的以信噪比为基础的性能进行了比较。由这两种光谱仪的焦平面收集的信息有很大的差异。在扫描型色散光谱仪中，二维焦平面列阵在一个方向上收集空间信息，在另一个方向上收集光谱信息，而第二个空间维度则由扫描机械及时扫出。傅里叶变换光谱仪的二维焦平面列阵在收集二维空间信息的同时收集光谱(干涉图)信息。对于这两种仪器来说，信号的形成以及从焦平面数据收集到最后超光谱数据立方体的噪声传播都迥然不同，因此使用的信号和噪声模型也有很大的差异。本文把噪声等效光谱辐射率(NESR)作为一个品质因数，对使用同一种光学系统、具有相同的空间分辨率、相同的图像面积、相同的光谱分辨率、相同的光谱范围和相同的成像时间的两种仪器的性能进行了比较。在光子噪声限条件(通过适当设计新式的红外焦平面列阵，这种条件已能达到)下，与非成像傅里叶变换光谱仪有关的传统多路传输和吞吐量优势化为乌有，本文将对其原因进行分析。本文讨论两种仪器的二维焦平面列阵的特性，例如帧速率和动态范围等，并说明两者之间的差异为何如此之大。最后，本文总结了这两种仪器的信号处理要求。