天文光学中的信噪比
信噪比方法
n
1 1 越大越好型問題 S / N 10lg( 2 ) n i 1 yi (Larger-the-better type problem)
比如拉力值, 优率, 非
第四节：信噪比及其应用
信噪比分析的主要类型(2)：
符號目標型問題
m ean S / N 10lg 2 (Signed-target type problem) sigm a
适用于有目標值時分析數据的离散程度,
如尺寸.
2
部分缺陷問題
(Fraction problem) 到1之間
p S / N 10lg品率 p)是在0
第四节：信噪比及其应用
信噪比在寻求最优工艺条件问题中的应用：
例：某种金属线的生产过程中需要浸漆烘干工艺。为找到烘干工艺 的最佳工艺参数，需做试验，考核指标是油漆烘干所需的时间。在 “ 绝缘电阻值达到稳定”这种条件下，烘干所需的时间应该是越短越 好. 根据经验，选择两个因素：烘干温度A(oC)和油漆粘度B(P)，它们各 有两个水平：A1=135oC, A2=128oC, B1=8P, B2=15P。要考虑A， B的交互作用AXB，选取正交表L4(23)做试验。因素A，B和交互作 用AXB，把正交表L4(23)的三列填满，表中没有空列，即没有误差 列。为估计试验误差，每一个试验号下，重复做4次试验，试验结果 用tij表示(单位：min)。为运算方便，将每个测量值都减去180，记为 Rij。试采用信噪比对试验结果进行计算分析。
ST QT P 3843 95 3812 45 31.50 . .
计算K1和K2 (见表) 计算因素的偏差平方和 S A 1 ( K1 K 2 ) 2 1 [( 60.60) (62.89)] 2 1.31,
信噪比
信噪比来自维基信噪比（通常简写为SNR 或S/N ）是科学和工程中常用的衡量信号受噪声干扰程度大小的物理量，定义为信号功率和噪声功率的比值。
如果该比值大于1:1，说明信号比噪声强。
信噪比不仅经常被用来衡量电信号，而且可以被用来衡量任何形式的信号（例如冰核间的同位素水平和细胞间的同位素信号）。
在非专业领域，信噪比比较了有用信号水平（例如音乐）和背景噪声水平。
比值越高，背景噪声越平缓。
信噪比有时还用于表示通信或信息交流中有用信息和错误的或不相关信息的比值。
例如，在线论坛或其他在线社区中，偏离话题的邮件和垃圾邮件就被当作是扰乱正常讨论信号的噪声。
1. 定义信噪比定义为信号（有用信息）和背景噪声（不希望的信号）的功率比：signalnoise P SNR P =这里P 是平均功率。
信号和噪声功率必须在系统相同的或等效的点上衡量，并且要在相同的系统带宽之内。
如果信号和噪声的阻抗相同，那么信噪比可以通过计算幅度平方的比值来获得：2signalsignal noise noise P A SNR P A ⎛⎫== ⎪⎝⎭ 这里A 是均方根（RMS ）幅度（例如，均方根电压）。
由于很多信号的动态范围很宽，信噪比经常用对数分贝值表示。
信噪比的分贝值定义为10,,10log signal dB signal dB noise dB noiseP SNR P P P ⎛⎫==- ⎪⎝⎭也可以用幅度比等效地写作 2101010log 20log signal signal dB noise noise A A SNR A A ⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭信噪比的概念和动态范围紧密相关。
动态范围衡量了信道中的最大不失真信号和最小可检测信号的比值，该比值大部分是用来衡量噪声水平的。
信噪比衡量了任意的信号水平（不必是大部分可能的强信号）和噪声的比值。
衡量信噪比需要选择有代表性的信号或参考信号。
在电声技术中，参考信号通常是正弦信号的标称值或校准值，例如1kHz，+4dBu（1.228V RMS）。
信噪比概念
信噪比概念（实用版）目录1.信噪比的概念2.信噪比的计算方法3.信噪比的应用领域4.信噪比的重要性正文信噪比（Signal-to-Noise Ratio，简称 SNR）是指信号（或称有用信息）与噪声（或称无用信息）之间的比例关系。
它通常用分贝（dB）来表示，是音频、视频、通信等领域中一个非常重要的性能指标。
一、信噪比的概念信噪比可以理解为信号强度与噪声强度之间的比值。
在理想的情况下，我们希望接收到的信号强度越高，噪声强度越低，则信噪比越大，表示信号质量越好。
反之，如果噪声强度过高，信号质量就会受到影响，导致信噪比降低。
二、信噪比的计算方法信噪比的计算方法通常有两种：1.峰峰值计算法：这是一种简单的计算方法，信噪比等于信号的峰峰值与噪声的峰峰值之比。
但这种方法并不适用于所有情况，因为它不能反映信号和噪声在整个时间范围内的分布情况。
2.均方根计算法：这是一种较为精确的计算方法，信噪比等于信号的均方根值与噪声的均方根值之比。
均方根值可以反映信号和噪声在整个时间范围内的平均水平，因此这种方法更为常用。
三、信噪比的应用领域信噪比在许多领域都有重要的应用，如音频、视频、通信等。
1.在音频领域，信噪比是衡量音频设备性能的一个重要指标。
例如，在音响设备中，信噪比越大，表示音响设备的音质越好。
2.在视频领域，信噪比也是衡量视频质量的一个重要指标。
例如，在电视信号中，信噪比越大，表示电视画面的质量越高。
3.在通信领域，信噪比是衡量通信系统性能的一个重要指标。
例如，在无线通信中，信噪比越大，表示信号质量越好，通信效果越佳。
四、信噪比的重要性信噪比在各个领域中都有着重要的作用。
在音频、视频和通信系统中，提高信噪比可以有效提高信号的质量和性能。
信噪比
信噪比科技名词定义中文名称：信噪比英文名称：signal-to-noise ratio;signal to noise ratio;SNR;S/N定义1：特定参数(信号)值与非特异性参数(噪声)的比值。
如实验中样品的放射性与本底放射性强度之比；荧光在X射线底片上所造成的感光强度与非特异感光背景强度之比；序列同源性比较时，配对与非配对序列之比等。
应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；方法与技术（二级学科）定义2：在规定的条件下，传输信道特定点上的有用功率与和它同时存在的噪声功率之比。
通常以分贝表示。
应用学科：通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片信噪比定义的详细描述信噪比，即SNR（Signal to Noise Ratio），又称为讯噪比。
狭义来讲是指放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比，常常用分贝数表示，设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。
一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放的音质量越高，否则相反。
信噪比一般不应该低于70dB，高保真音箱的信噪比应达到110dB以上。
目录信噪比简介定义国际电工委员会对信噪比的最低要求用途图像信噪比简介举例音频信噪比简介举例信噪比与噪声衡量音响器材质量水准的一个重要指标 信噪比简介信噪比的测量及计算噪声的种类、来源及电磁兼容噪声的来源噪声的三种来源噪声的表现噪声对音质的影响噪声的消除措施网页信噪比查询信噪比网页信噪比查询信噪比提示信噪比简介定义国际电工委员会对信噪比的最低要求 用途图像信噪比简介举例音频信噪比简介举例信噪比与噪声衡量音响器材质量水准的一个重要指标 信噪比简介信噪比的测量及计算噪声的种类、来源及电磁兼容噪声的来源噪声的三种来源噪声的表现噪声对音质的影响噪声的消除措施网页信噪比查询信噪比网页信噪比查询信噪比提示展开各因素影响信噪比的关系图编辑本段信噪比1．简介信噪比是音箱回放的正常声音信号与无信号时噪声信号(功率)的比值。
信噪比和香农公式
信噪比和香农公式在我们的日常生活中，经常会听到各种各样的声音，比如汽车的喇叭声、鸟儿的鸣叫声、人们的交谈声等等。
但你有没有想过，在这些声音中，哪些是清晰可辨的，哪些又是混杂模糊的呢？这就涉及到一个有趣的概念——信噪比。
信噪比，简单来说，就是信号与噪声的比值。
信号嘛，就是我们想要的有用信息，比如你在电话里听到朋友清晰的话语；而噪声呢，就是那些干扰我们获取有用信息的东西，像是电流的嗡嗡声或者周围环境的嘈杂声。
咱们拿听音乐来举个例子。
你戴上耳机，沉浸在美妙的旋律中，这时候的音乐就是信号。
但要是耳机里时不时传来滋滋的电流声，或者旁边有人大声喧哗，这些让你觉得不舒服、干扰你欣赏音乐的声音，就是噪声。
信噪比高，意味着音乐清晰动听，你能全身心地享受；信噪比低呢，音乐可能就变得断断续续，甚至让你心烦意乱，完全没了兴致。
再说说看电视，当画面清晰流畅，声音清楚明白，这说明信噪比不错，你能舒舒服服地追剧。
可要是屏幕上满是雪花点，声音还夹杂着刺耳的杂音，那这糟糕的信噪比肯定会让你恨不得立刻换台。
说到这，就不得不提到香农公式了。
香农公式就像是一把神奇的钥匙，能够帮助我们理解和计算在通信系统中，信息是如何传输和处理的。
香农公式告诉我们，在一定的条件下，通信系统的信道容量（也就是能够传输的最大信息量）与信噪比以及带宽是有关系的。
这有点像在一条马路上，车流量（信道容量）不仅取决于马路的宽窄（带宽），还受到交通秩序（信噪比）的影响。
我记得有一次，我去参加一个科技展览。
在那里，有一个关于通信技术的展示区域。
展示人员正在讲解如何通过提高信噪比和优化带宽来提升通信质量。
他举了一个例子，说就像我们在一个嘈杂的市场里打电话，如果周围的噪声很大（信噪比低），即使电话的信号强度足够（带宽足够），我们也很难听清对方在说什么。
但是，如果我们能够采取一些措施，比如走到一个相对安静的角落，减少周围的噪声干扰，提高信噪比，那么通话质量就会明显改善。
在学习和工作中，信噪比和香农公式也有着重要的应用。
信噪比公式
按照Riedl提出的红外系统信噪比公式：
上式中，ε为发射比；W为辐射辐出度；Wt为景物出射度；εt为景物发射比；Wb为背景出射度；εb为背景发射比；D*为探测器的可探测比；Δf为噪声等效带宽；τ为光学透射比；d’为探测器尺寸；F.no为光学系统F数。
上式中第一个因子与所成像的物体有关，该因子表示被成像原始物体和被成像物体背景之间的辐射出射度差；
第二个因子是大气或系统所在的其他介质的透射比和通过光学元件的透射比；
第三个因子与焦平面阵列有关，其为可探测比除以等效噪声等效带宽；
最后一个因子包含分子上的探测器尺寸（像素宽度）和光学透射比，以及分母上的F数的平方。
由于信噪比与(F.no)的平方成反比，因此光学系统极为关键，使得许多红外系统采用极低的F数以获得所需的信噪比。
再一些新式非制冷微型测辐射热仪中，通常需要取0.8甚至更小的F数。
卫星通信信噪比指标
卫星通信信噪比指标是衡量卫星通信系统性能的重要参数之一。
信噪比是指信号功率与噪声功率的比值，用于衡量信号质量的好坏。
在卫星通信中，信噪比越大，说明信号质量越好，通信质量越高。
卫星通信信噪比指标通常用分贝（dB）来表示。
较高的信噪比意味着信号质量较好，通信可靠性高。
在卫星通信中，信噪比受多种因素影响，包括信号传输距离、信号带宽、天线增益、噪声功率等。
为了提高卫星通信信噪比，需要采取一系列措施。
首先，要选择合适的卫星轨道和频率，以减少信号传输过程中的衰减和干扰。
其次，要采用高性能的天线和技术，以提高信号的接收增益和信噪比。
此外，还可以通过采用差分相移键控（DPSK）等调制解调技术来提高信号的抗干扰能力和信噪比。
总之，卫星通信信噪比指标是衡量卫星通信系统性能的重要参数之一，需要采取一系列措施来提高信噪比，从而提高卫星通信的可靠性和稳定性。
天文CCD相机的噪声分析与信噪比模型的研究
光电技术应用天文CCD相机的噪声分析与信噪比模型的研究王书宏,胡谋法,陈曾平(国防科技大学ATR实验室,湖南长沙410073)摘 要: 全面分析了天文CCD相机系统中的几类主要噪声:光子噪声、读出噪声和暗电流噪声等,提出了在低照度条件下的信噪比(SNR)模型,并进一步提出了在不同曝光时间长度下CCD 的信噪比简化模型。
根据不同的简化模型,可以将曝光时间分为两个不同的噪声主导区域:光子噪声主导区域和读出噪声主导区域。
为了更加有效地提高信噪比和检测CCD图像中的目标,可以采用像素合并技术。
实验结果表明,所提出的信噪比模型及其简化模型是有效的。
因此,在不同的应用条件下,可采取不同的曝光策略来获取图像数据,从而更加有效地检测图像中的目标。
关键词: 天文CCD;低照度;噪声分析;信噪比模型中图分类号:TN386.5; 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2007)05-0731-04Noise Analysis and the Study of SNR Model on the Astronomical CCD C ameraWAN G Shu2hong,HU Mou2fa,C H EN Zeng2ping(ATR Lab.,N ational U niversity of Defense T echnology,Changsha410073,CHN)Abstract: Three p rimary kinds of noise in t he ast ronomical CCD camera system were analyzed:p hoton noise,readout noise and dark current noise,etc.Then t he SN R model under t he low2light2level conditions is p roposed and f urt her t he simplified models vs different expo sure time are p roposed.According to t he different simplified models,two different noise dominant regio ns are specified,p hoton2noise dominant region and readout2noise dominant region.In t he interest of t he higher SNR and detecting ability in t he CCD image,t he on2chip binning technology can be employed.The experiment result indicates t hat t he SN R model and t he simplified models which be p roposed out in t his paper is effective.Therefore,t he different exposure st rategy can be adopted to detect t he target s in t he images effectively under different application.K ey w ords: ast ronomical CCD;low2light2level;noise analysis;signal2to2noise ratio(SN R) model1 引言CCD图像传感器是光电探测器的一种,它具有尺寸小、噪声低、功耗小、光谱响应范围宽、工作可靠等优点,因而它广泛应用于工业监控、非接触测量、PC、多媒体技术、天文观测、图像识别、可视通信等领域。
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R∗ count rate from star
e−/DN
D dark current
e−/pixel/sec
Noise in photon counting: “Poisson” or “shot” or “statistical” noise associated with counting statistics (appropriate to counting the number of photons that arrive each time interval). This comes from a binomial distribution with N → ∞ and “p” → 0. The events (detections of photons) in one interval are independent of the events in the previous or subsequen√t time intervals. For the Poisson distribution, the standard deviation is just σ = N where N is the number of detected events.
Don’t forge√t that this applies to t√he detected e−– not counts (unless G = 1). In e−, σ = N × G. In DN, σ = N × G/G = N/G.
Transfer Charge in rows up
CCD image of star
This is often something that you have the option to change. How do you pick an inverse-gain? Depends on the nature of the data you intend to acquire. The tradeoff is usually between dynamic range and effective read noise although there are with some chips other subtle issues. For most broadband photometry, the read noise makes only a tiny contribution to the total noise. In this case it makes the most sense to set the gain to:
1.1 CCD overview
Going to start with the easiest case: CCD photometry of point sources. First a bit about CCDs (charge-coupled devices). Ian Mclean’s book contains a fairly detailed account of the history off the develpment of CCDs. Electronic detectors came on the astronomical scene in the late 1970s. By the end of the 1980s, CCDs had won the battle of the various electronic devices and had replaced photographic plates for all applications except for very large field (> 15 ) imaging. Early devices had 30µ pixels and were 400x400 to 800x800 pixels. In 2004,the first of the 4096x4096 devices are becoming available. One of the principal reasons CCDs are so popular is they are very efficient with photons. The ratio of incoming photons to detected electrons is the quantum efficiency and for ome wavelengths and some detectors it approaches 100%. For photographic plates the QE was generally less than 5%. Putting a CCD camera on your 1m telescope gave it the same capability of the 4m telescopes of the photographic era.
G =(full well capacity of pixel)/(ADC saturation) For LRIS, the CCD pixels “fill up” at around 300,000e−, the highest data number is 65,535 so a sensible inverse-gain is 4.58e−/DN. Using the inverse-gain of around 2 that is available, the ADC saturates long before the pixels well have filled, giving up a factor of 2.3 in dynamic range per exposure.
1.2 CCDs: Some Details
Photons ⇒ e−: CCDs are silicon semiconductors. A structure is embedded in the device that creates localized electric corrals so that when a photon is absorbed in the silicon and pops an electron up into the conduction band, it is spatially localized in a “pixel”. When the device is to be read out, the top row is clocked out (serially) through a preamplifier, amplifier and analogue-to-digital converter, then all rows are shifted up and the new top row is clocked out serially. By keeping track of the timing the two-dimensional array can be reconstructed after the full array has been clocked out. e−⇒ DN: The accumulated e−in each pixel gets represented by a number in “units” of a DN (Data Number) or ADU (Analogue-to-Digital Unit). Until recently, the typical A/D converter used 15-bits to represent the data numbers and 1-bit for the sign. The dynamic range was therefore ±(215 − 1) = ±32, 767. Since there are no sources of anti-photons, it makes more sense to use all 16 bits for positive data numbers and many systems now have a dynamic range for data numbers of: 216 − 1 = 65, 535. As a general rule, the number counts in any one pixel is NOT the number of photo-electrons detected but related to e−through the e−/DN conversion: Inverse-Gain: (almost everyone will refer to this as Gain and use something like “G” to represent it) is this conversion factor in strange but dimensionless units of e−/DN. Will use the symbol G for inverse gain in units of e−/DN
AY 257 – Modern Observational Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Preamp A/D Clock out charge along row through on-chip amplifier
AY 257 – Modern Observational Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5