[DSNU] – ما هو عدم تجانس الإشارة المظلمة (DSNU)؟

يشير مصطلح DSNU إلى التغير في إشارة الخلفية لصورة الكاميرا عندما لا يسقط أي ضوء (أو فوتونات) على المستشعر. وهو يوضح مقدار تغير إزاحة البكسل عبر المستشعر عند التقاط صورة في ظلام دامس.

تكتسب ضوضاء DSNU أهمية خاصة في التصوير في ظروف الإضاءة المنخفضة، حيث تنتج الكاميرا صورة داكنة أو منحرفة في غياب الضوء. في مثل هذه الحالات، قد تختلف قيمة إزاحة البكسلات، وتصبح ضوضاء DSNU مهمة، لا سيما عندما تكون مماثلة أو أكبر من ضوضاء قراءة الكاميرا (عادةً من 1 إلى 3 إلكترون).

 

1. لماذا يُعدّ DSNU مهمًا في مجال التصوير؟

 

1) التصوير في ظروف الإضاءة المنخفضة:

 

في غياب الضوء، يُنتج مستشعر الكاميرا إشارةً ليست صفرًا، بل قيمة إزاحة (مثلًا، 100 مستوى رمادي). تتأثر هذه الإزاحة بالضوضاء الإلكترونية للكاميرا، وقد تختلف قيم الإزاحة من بكسل لآخر. يُشار إلى هذا الاختلاف في قيم إزاحة البكسلات باسم ضوضاء النمط الثابت، والتي تنشأ نتيجةً لعدم اتساق إشارة الظلام للمستشعر بين البكسلات.

 

2) ضوضاء ذات نمط ثابت:

 

يقيس مؤشر DSNU التغير الثابت في قيم الإزاحة هذه، ويوفر مقياسًا لمدى اتساق إشارة الظلام للمستشعر عبر وحدات البكسل المختلفة.

 

2. جودة الصورة ودقة الصورة

 

1) القيم القياسية لـ DSNU:

 

بالنسبة لمعظم كاميرات التصوير في الإضاءة المنخفضة، عادة ما تكون قيم DSNU أقل من 0.5e- (إلكترونات)، مما يعني أنه في ظروف الإضاءة المتوسطة أو العالية، تكون مساهمة DSNU في الضوضاء ضئيلة.

 

2) التأثير على جودة الصورة:

 

بالنسبة للصور ذات عدد الفوتونات العالي (مثل مئات أو آلاف الفوتونات لكل بكسل)، يكون تأثير ضوضاء القراءة الرقمية (DSNU) ضئيلاً. أما في تطبيقات الإضاءة المنخفضة، فتظل ضوضاء القراءة الرقمية (DSNU) ذات أهمية عندما تكون مماثلة أو أعلى من ضوضاء القراءة للكاميرا (عادةً من 1 إلى 3 إلكترون)، مما قد يؤثر على جودة الصورة.

 

3. قيود نظام DSNU:

 

DSNU (عدم تجانس الإشارة المظلمة) هي أداة تستخدم لتحديد كمية الضوضاء ذات النمط الثابت، لكنها لا تلتقط جميع أنواع الضوضاء ذات النمط الثابت، مثل الضوضاء المنظمة (ضوضاء النمط الثابت) والضوضاء المظلمة المعتمدة على الوقت (الضوضاء المظلمة الزمنية).

 

1) الأنماط المنظمة والضوضاء العمودية:

 

يُعدّ تشويش النمط المنظم، وخاصةً تشويش الأعمدة، نوعًا من أنواع التشويش ذي النمط الثابت، والذي يحدث عندما تُظهر بعض البكسلات أو مجموعات البكسلات اختلافات منتظمة في إشارتها المظلمة (الإزاحات)، وعادةً ما تكون محاذية لأعمدة أو صفوف محددة. ويظهر هذا التشويش في نمط منظم بدلاً من التقلبات العشوائية.

 

2) التغيرات المرتبطة بالزمن:

 

يشير التشويش المتغير مع الزمن إلى التغيرات في إشارة الظلام للمستشعر بمرور الوقت، والناتجة عن عوامل مثل تقلبات درجة الحرارة، وعدم استقرار المكونات الإلكترونية، أو تقادم المستشعر. وتؤدي هذه التغيرات إلى تذبذب قيم الإزاحة للبكسلات من تعريض لآخر. يقيس DSNU التشويش غير المتغير مع الزمن، أي أنه لا يأخذ في الحسبان هذه التغيرات في قيم الإزاحة بمرور الوقت. ولمراقبة التغيرات المتغيرة مع الزمن، يلزم التقاط سلسلة من صور التحيز (صور ملتقطة في الظلام) على مدار فترة زمنية للكشف عن هذه التذبذبات.

 

4. DSNU في التطبيقات العملية

 

يكون DSNU ضئيلاً في التصوير عالي الإضاءة، لأن إشارة الفوتون أقوى بكثير من أي تغير في إشارة الظلام.

 

في تطبيقات مثل تصوير الجزيئات المفردة، والتصوير الكمي، والرصد الفلكي، تتطلب الكاميرات التقاط إشارات ضوئية ضعيفة للغاية. عادةً ما تكون هذه الإشارات في مستوى الإلكترونات من 1 إلى 3 أو حتى أقل، لذا فإن أي تشويش إضافي (مثل DSNU) قد يؤثر على جودة الصورة النهائية ويقلل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR). لهذا السبب، تتميز الكاميرات العلمية الحديثة عالية الحساسية بقدرات تصحيح DSNU. كلما انخفضت قيمة DSNU، زادت دقة القياس الكمي.

 

يتطلب الفحص الصناعي الحديث دقة متزايدة باستمرار، لا سيما في صناعة أشباه الموصلات، حيث تضاهي المتطلبات الكمية لإشارات العيوب تلك الموجودة في تطبيقات التصوير العلمي في ظروف الإضاءة المنخفضة. وتُعد خاصية عدم تجانس الإشارة المظلمة (DSNU) ذات أهمية مماثلة في هذا السياق. المقال "لماذا يُعد تصحيح DSNU/PRNU مهمًا في فحص أشباه الموصلات؟"يقدم شرحاً مفصلاً للغاية."