由于可见光波段的水体有效辐射信号仅占传感器天顶辐亮度的10 %左右(Gordon，1987)，水色遥感数据和产品对辐射定标不确定性(Gordon，1998)、噪声等影响非常敏感(Wang，2007)。传感器的辐射特性可以用信噪比(signal to noise，SNR)或者等效噪声辐亮度描述。信噪比定义为在一定的辐射输入水平下，传感器接收到的信号强度与噪声强度的比例，因此信噪比越高表明传感器对信号变化监测的能力越强(Wang，Son and Shi，2009)。通常利用平静海面区域分别计算影像均值和标准差代表信号和噪声水平来获取信噪比的估计值(Gao，1993；Wettle，Brando and Dekker，2004；Hu et al.，2012)。为了更客观地评估传感器的信噪比水平，选取了多景清洁海水影像(图3-1(a)为GF-1 WFI示例影像，图3-1(b)为Landsat 8 OLI示例影像)，分别针对Landsat TM/ETM+/OLI，HJ-1 CCD，GF-1 WFI传感器，采用可变滑动窗口法统计分析了各传感器的信噪比。

图3-1　用于信噪比计算的清洁水体影像

在信噪比计算以前，利用变异系数分析，去除影像中变化较大不稳定的区域，如靠近陆地、河口和云影像的区域等。对所有的有效影像区域，选取从3×3到21×21的可变窗口大小，分别计算每个窗口下整幅影像的均值和标准差变化情况。由于在同一景影像范围内，其水体变化相对稳定，辐亮度信号较为一致，故其信噪比应该是一个稳定的水平，因此根据所有窗口变化下的均值/标准差的统计直方图分布，其直方图峰值可认为是信噪比的估计值。

图3-2展示了GF-1 WFI 4个可见光波段(蓝、绿、红、近红外)的信噪比分析图，其中竖线表示各个窗口下直方图峰值的平均值。随着窗口从3×3到21×21的变化，信号/噪声比值逐渐互相靠近且趋于稳定。如蓝光波段的信号/噪声峰值集中在300左右，近红外波段的峰值集中在20。在较小的窗口时，由于受到区域异质性的影响，信号/噪声比值的变化范围较大不稳定，在分析信噪比的时候舍弃。通过上述分析，传感器各波段的信噪比水平被确定在直方图峰值均值处，其标准差为3%左右，也证明了该方法的有效性。

图3-2　基于可变滑动窗口法的信噪比分析(www.daowen.com)

图3-3　GF-1 WFI，Landsat 8 OLI，Landsat 7 ETM+和HJ-1 CCD信噪比

表3-1　多传感器辐射特性对比表

图3-3和表3-1显示了多源传感器包括GF-1 WFI，HJ-1 CCD，Landsat 8 OLI，Landsat 7 ETM+和Terra/MODIS的信噪比及其他辐射特性对比分析结果，同时给出了各传感器信噪比对应的辐射信号水平，以及辐射分辨率即1个DN值变化对应的辐亮度值(ΔL)。作为水色传感器的成功应用代表，Terra/MODIS的辐射特性可以作为其他卫星传感器水环境定量应用的参考。相比于HJ-1 CCD和Landsat 7 ETM+，GF-1 WFI和Landsat 8 OLI的辐射特性显著提高。首先，由于GF-1 WFI和Landsat 8 OLI的量化等级分别优化到了10 bit和12 bit，其辐射分辨能力较HJ-1 CCD和Landsat 7 ETM+分别提高了4倍和1 6倍。其次，GF-1 WFI的信噪比从蓝光到红光波段分别较HJ-1 CCD提高了3~5倍，同时也优于获得广泛应用的Landsat7 ETM+，但略低于Landsat 8 OLI。在相同的辐射信号输入水平(60 W m-2·sr-1·μm-1)下，GF-1 WFI，Landsat8 OLI，Landsat 7 ETM+和HJ-1 CCD蓝光波段的信噪比分别为300，435，66和62。Terra/MODIS在近岸/内陆水环境监测中常用的250 m和500 m波段的信噪比优于本研究中其他陆地监测应用传感器，但是由于其空间分辨率的差异，通过降分辨率的方法，可以将GF-1 WFI数据的信噪比提高2~4倍。当空间分辨率降低到250 m时，可达到与Landsat 8 OLI和Terra/MODIS相当的空间尺度和信噪比水平。对传感器等效噪声反射率的对比分析也论证了类似的结果。