高光谱成像仪信噪比的评估方法之图像评估法

光谱成像仪信噪比测试的核心问题是噪声测试，常见的噪声测试方法包括：暗电流法、实验室法和图像法。图像法则是以最终获得的图像作为测试数据，利用对图像数据的分析计算出仪仪器噪声。本文对高光谱成像仪信噪比的评估方法之图像评估法做了介绍。

图像法评估光谱成像仪信噪比的主要方法包括：方差法、局部方差法、地学统计量法、去相关法等。

1.方差法

方差法又称为定义式法或均匀区域法，该方法将图像中选定的均匀区域作为计算输入，区域内全部像元的平均灰度值作为信号，全部像元的标准差作为噪声，计算平均灰度值和标准差的比值作为信噪比。对于高光谱图像，则按照此方法计算每个单波段信噪比再平均得到平均光谱信噪比。方差法是最基本的图像信噪比评价方法，但由于计算过程中会将计算区域内目标本身的不均匀性也作为噪声计算，因此在实际条件下得到的信噪比一般会低于系统真实信噪比。因此这种方法只适用于图像中存在大面积均匀目标且系统信噪比不高的情况。

2.局部方差法

局部方差法，亦称局部均值与局部标准差法，该方法的基本计算方法与方差法一致，只是在选取图像区域时将整个区域划分为多个子区域。分别计算每个子区域的信噪比，在将全部子区域信噪比取平均。这种方法是基于目标在小区域内具有良好均匀性且图像噪声为加性噪声的假设。此方法也是目前高光谱成像仪最为常用的信噪比测试方法。

3.地学统计量法

地学统计法，亦称半方差法。该方法认为目标像元灰度值会随着像元间的距离不同，造成自相关性不同，因此可以利用空间维像元间的相关性差异来计算噪声。此方法依然假设了信号是平稳的，因此依然要求所选的条带区域应具有很高的均匀性。

4.去相关法

去相关法是根据高光谱图像在空间维和光谱维具有高相关性的特点而提出的。去相关法对图像的均匀性要求不高，易于实现自动化，适合高光谱图像的信噪比评价。但是由于该方法的前提是假设图像在空间维和光谱维具有很高的相关性，因此该方法对光谱分辨率要求较高，故而仅适用于高光谱数据，而并不适用于多光谱。此外，当图像的空间纹理很细、或者大气、目标特征吸收等原因造成的光谱强度骤变时也会影响到空间维和光谱维信号的相关性，进而影响到噪声的计算精度。