第五章 光电深测素统的信噪比 §5.1信噪比的概念 噪声对测量的影响、噪声的类型 §5.2噪声源 几种典型的内部噪声、典型传感器的噪声分析 §5.3信噪比与系统参数 探测系统放大器的噪声系数、噪声等效带宽、红外成像系统的温 度分辨率 §5.4信噪比改善技术 频域处理、背景和信号的水平调整、光子计数、基于调制的改 善技术、双光束&双通道技术、时域滤波技术、基于多阵列信号处理 的技术、其他技术118 2022/10/7 1
2022/10/7 1 第五章 光电探测系统的信噪比 §5.1 信噪比的概念 噪声对测量的影响、噪声的类型 §5.2 噪声源 几种典型的内部噪声、典型传感器的噪声分析 §5.3 信噪比与系统参数 探测系统放大器的噪声系数、噪声等效带宽、红外成像系统的温 度分辨率 §5.4 信噪比改善技术 频域处理、背景和信号的水平调整、光子计数、基于调制的改 善技术、双光束&双通道技术、时域滤波技术、基于多阵列信号处理 的技术、其他技术118
§5.1信噪比的概念 5.1.1噪声对测量的影响 测量仪器的精度取決于测量原理和测量方法。对于具体光电探测 系统，测量精度最终受信号噪声的限制。所谓噪声，指探测器所接收 到的、对信号有明显干扰作用的一切信息。事实上，噪声对探测系统 性能的影响是如此之大，以至于系统开发过程中的参数优化的一项重 要的工作就是降低噪声的相对量或增加信噪比。 对光电探测系统而言，引入噪声的途径很多，如光源、直接进入 或散射漏入光路中的其它辐射，光路器件本身的干扰（如像差、平面 度误差)，辐射换能器的多种噪声、信号数字化的量化误差、信号处 理电路自身的噪声，等等。这里，噪声的概念不包括操作失误、读数 误差等因素。 2022/10/7 2
2022/10/7 2 §5.1 信噪比的概念 测量仪器的精度取决于测量原理和测量方法。对于具体光电探测 系统，测量精度最终受信号噪声的限制。所谓噪声，指探测器所接收 到的、对信号有明显干扰作用的一切信息。事实上，噪声对探测系统 性能的影响是如此之大，以至于系统开发过程中的参数优化的一项重 要的工作就是降低噪声的相对量或增加信噪比。 对光电探测系统而言，引入噪声的途径很多，如光源、直接进入 或散射漏入光路中的其它辐射，光路器件本身的干扰（如像差、平面 度误差），辐射换能器的多种噪声、信号数字化的量化误差、信号处 理电路自身的噪声，等等。这里，噪声的概念不包括操作失误、读数 误差等因素。 5.1.1 噪声对测量的影响
在实际测量过程中，真实信号（真值）是不可知的，信号和噪声也是不可分离的，但有 点是明确的，大的噪声产生大的测量标准偏差，方均根噪声就是信号次测量的标准偏 差。设第次测量的信号值为E,经过n次测量获得的信号均值为 E-EIn (5.1-2) 于是，方均根噪声 2m- (5.1-3) 当测量误差的分布规律可以知道或可以被合理地近似处理（例如采用正态分布 代替)时，就可以利用测量得到的信号均值、标准偏差来估计一定概率下真值 的取值范围（可靠范围，或称置信区间），其概率则称为置信概率或置信度 (置信水平)。 2022/10/7 3
2022/10/7 3 在实际测量过程中，真实信号（真值）是不可知的，信号和噪声也是不可分离的，但有 一点是明确的，大的噪声产生大的测量标准偏差，方均根噪声就是信号 n 次测量的标准偏 差。设第 i 次测量的信号值为 Ei，经过 n 次测量获得的信号均值为 E E n n i i = ∑ / =1 （5.1-2） 于是，方均根噪声 2 1 ( ) ( 1) n rms i i N E E n = = − − （5.1-3） 当测量误差的分布规律可以知道或可以被合理地近似处理（例如采用正态分布 代替）时，就可以利用测量得到的信号均值、标准偏差来估计一定概率下真值 的取值范围（可靠范围，或称置信区间），其概率则称为置信概率或置信度 （置信水平）
5.1.2噪声的类型 噪声可分为 ()加性噪声和乘性噪声 (2)基本噪声和非基本噪声 (3)白噪声、频谱与频率成反比的1/噪声、干扰噪声 (④)外部噪声、内部噪声 2022/10/7 4
2022/10/7 4 5.1.2 噪声的类型 噪声可分为 ⑴ 加性噪声和乘性噪声 ⑵ 基本噪声和非基本噪声 ⑶ 白噪声、频谱与频率成反比的1/f噪声、干扰噪声 ⑷ 外部噪声、内部噪声
§5.2噪声源 光电探测系统的噪声来自光源、光路、光电探测器、放大、A/D转换 及处理电路等各个环节。 2022/10/7 5
2022/10/7 5 §5.2 噪声源 光电探测系统的噪声来自光源、光路、光电探测器、放大、A/D转换 及处理电路等各个环节