Original paper

SNR Evaluation of the RapidEye Space-borne Cameras

[SNR Bestimmung der RapidEye Weltraumkameras]

Reulke, Ralf; Weichelt, Horst

Abstract

After launch and during continuous radiation exposure, space-borne cameras are constantly changing. Therefore, permanent technical determination and evaluation of the sensor in space plays an important role in the remote sensing community. There are a variety of evaluation criteria, which are all based on the essential camera parameters - the spatial resolution, point spread function (PSF) and noise. Noise estimation is a challenging task for characterization of remote sensing systems in space. The in-flight measurement of noise will often be done with artificial test sites. If these test sites are not sufficiently available, homogeneous image regions (desert, snow, water surfaces) are often used. The albedo of these regions, however, lies normally outside the specified albedo range of remote sensing systems focused on agriculture and forestry areas. The only possibility to determine the noise after the satellite launch within the specified operational albedo range is to use very small image areas with the required albedo within the acquired imagery. As these objects have to be homogeneous, one needs methods that can detect the smallest homogeneous areas in the image to evaluate noise. In this paper an approach for determining the signal-to-noise ratio (SNR) with data from natural targets is presented. In experiments, the results demonstrate that the described method performs quite satisfactorily and results are comparable to the standard methods used to determine SNR.

Kurzfassung

Durch den Start und die kontinuierliche Strahlenbelastung verändern sich Weltraumkameras laufend. Deshalb ist die ständige Spezifizierung und Bewertung solcher Sensoren von eminenter Bedeutung in der Fernerkundung. Es gibt eine Vielzahl von Bewertungskriterien, die auf den wesentlichen Parametern einer Kamera basieren - die räumliche Auflösung, die Punktbildverwaschungsfunktion (PSF) und das Rauschen. Die quantitative Bestimmung des Rauschens aus Daten von Weltraumkameras ist eine anspruchsvolle Aufgabe. In-flight Messungen des Rauschens werden oft anhand künstlicher Testflächen durchgeführt. Wenn diese nicht ausreichend zur Verfügung stehen, verwendet man normalerweise homogene Bildbereiche (Wüste, Schnee, Wasseroberflächen). Diese sind jedoch außerhalb des Albedobereichs von interessanten Gebieten, die üblicherweise mittels Fernerkundungssystemen untersucht werden. Für das Fernerkundungssystem RapidEye sind das zum Beispiel landwirtschaftliche Gebiete und Forsten. Um das Rauschen nach dem Satellitenstart im spezifizierten operationellen Albedobereich zu bestimmen, ist es erforderlich, die Auswertung in diesen Bildregionen durchzuführen. Deshalb braucht man Methoden, die kleinste homogene Bereiche im Bild erkennen und bezüglich des Rauschens auswerten können. In diesem Artikel wird ein Konzept für die Bestimmung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) aus Daten natürlicher Szenen vorgeschlagen. Untersuchungen zeigen, dass das Verfahren zufriedenstellend arbeitet und die Ergebnisse mit den konventionellen Verfahren vergleichbar sind.

Keywords

snrin-flight noise determinationspace camera assessment