卷帘数字域TDI技术的CMOS成像系统的SNR模型建立

张惠宇宸，贺小军，苏志强

（长光卫星技术有限公司，长春 130021）

当前，CMOS和CCD图像传感器为空间高分辨率成像系统的两大核心感光器件[1]。相比CCD图像传感器而言，CMOS图像传感器具有低成本、集成度高、外围电路简单、功耗低的优点[2]。凭借这些优势，CMOS图像传感器越来越受到市场青睐[16]。但在时间延时积分领域，TDI CCD仍占主导地位。由于TDI CCD只能输出线阵图像，这使得它的成像模式很单一，不能进行凝视成像，而且实时调焦困难。除此之外，TDI CCD积分级数只能设置几个固定值，有些光照条件下得不到合适灰度的图像。因此基于CMOS图像传感器的卷帘数字域TDI技术的应用意义重大。

CMOS图像传感器无法存储电荷，所以无法在电荷域实现积分累加过程。数字域TDI技术利用FPGA强大的数字信号处理能力实现数字域的积分累加过程。利用该技术可以实现线阵成像模式和面阵成像模式的灵活切换，这解决了TDI CCD成像模式单一和实时调焦困难的问题，而且CMOS图像传感器采用数字域TDI技术后，它的积分级数可以连续调整，这解决了对于有些光照条件下找不到合适的积分级数的问题。目前Lepagea等人和曲宏松等人分别提出了数字域TDI算法，但未对数字域TDI的噪声及图像SNR进行分析[10]，而这对于空间高分辨率成像系统的前期论证是至关重要的。本文首先介绍了基于CMOS图像传感器卷帘数字域TDI技术[11]，然后对该技术中的噪声来源进行分析，并给出SNR的理论分析模型，最后结合外场图像给出基于图像的SNR值，将该数值与利用SNR模型获得的理论值进行比较分析。……