1.1.3 信噪比

信噪比是遥感器极其重要的一个性能参数，信噪比的高低直接影响了图像的空间分辨率以及图像的分类和识别等应用^[7]。对于定量光谱辐射测量来说，信噪比足够高的光谱数据才能充分发挥其应用价值。仪器的信噪比是由很多因素决定的，比如入瞳能量、光学系统参数、电子学噪声、探测器像元尺寸等，是一个综合的性能指标^[8]。信噪比最基本的定义形式是信号与噪声的比值，从物理意义上说其描述的是遥感器系统保持信号稳定性的能力，即对一个稳定的输入信号，经过系统后最终输出信号的稳定性。一般而言，对成像仪器信噪比的讨论分为两个层面：一是在仪器研制之前，通过分析、仿真等方法对仪器的设计信噪比进行预估；二是在仪器研制完成之后对信噪比进行测试和评估^[9]。

在进入成像系统以前，源信号是以辐射能量的形式存在的，来自观测目标的原始信号自身已经携带光子噪声，通过成像系统时系统噪声被引入信号，最终在终端输出叠加了光子噪声和系统噪声的信号。信噪比中的信号一般是指没有引入任何噪声时在某种稳定光照条件下输出的信号。然而光子本身具有量子特性，光照强度本身就是一种统计值，因此绝对稳定的输入是不存在的，加之实际中没有不带来任何噪声的理想成像系统，因此在实际测试时一般取实际输出信号（电压、电流、功率等）的均值作为信号值^[9]。遥感器噪声的主要来源可以归纳为CCD器件的散粒噪声、暗电流噪声和转移噪声，以及扫描和读出的均方根噪声等^[10]。噪声一般是指输出信号强度在时间维或空间维上的随机波动，即将在一定的稳定光照条件下的信号标准差作为噪声量值。

无论采用哪一种定义方式，信噪比描述的始终是一种统计规律，反映系统保持原始信号稳定性的能力，从而综合体现遥感器获取的图像质量。在实验室中，利用图像来测定遥感器信噪比的做法是采集白板参考帧，即用一个均匀性和稳定性都很好的辐射源（标准灯或积分球的辐射输出）照射到一个镜面性很好的白板反射面上，白板的反射输出直接对准仪器的入射口，记录下仪器输出的数据。保持入射辐射恒定的条件下，持续测量足够的次数，最后对所有记录下来的数据求平均值（mean）和均方差（Standard Deviation，STD），根据图像计算的亮度均值和均方差之比就是系统的信噪比：SNR＝mean/STD。