像素级数字化轻小型高灵敏度红外相机研究

空间红外相机温度灵敏度越高，就能获取所观测地物更多温差细节信息，高灵敏度空间红外相机在对城市、海洋等目标的观测中有着重要的应用。本文介绍一种基于像素级数字化积分成像的空间红外相机新体制，基于该体制的红外相机在单个探测单元内实现探测信号的模数转换，大大降低了模拟信号读出过程中而引入的噪声，且通过电荷包计数的方式完成对信号的数字化处理，小量积分电容就可以满足传统体制下的超大积分电容需求，使相机电荷处理能力不受饱和电子数的限制，极大提升低轨空间长波红外相机的信号电荷利用率。并且基于该体制的推扫型TDI（时间延迟累加）相机其TDI级数的增加不会引入更多的读出噪声，使得其在轨可通过更多的TDI级数延长等效积分时间，降低相机灵敏度指标对载荷口径的依赖，达到高灵敏度指标的同时有效控制相机口径，实现整机的轻小型化。已完成基于新体制的长波红外样机研制，噪声等效温差（NETD）实测已优于10mK，远好于目前传统长波红外相机所能达到的20-30mK灵敏度指标，并能通过增加TDI级数有效提升灵敏度，验证了该体制的工程可实现性。像素级数字化红外相机技术将是未来空间轻小型高灵敏度红外技术的重要发展方向。