2022/04/29يمثل عدم تجانس الاستجابة الضوئية (PRNU) مدى تجانس استجابة الكاميرا للضوء، وهو أمر بالغ الأهمية في التطبيقات ذات الإضاءة العالية. يقيس PRNU التباينات في الكسب - نسبة الإلكترونات الضوئية المكتشفة إلى قيمة التدرج الرمادي الرقمي المقابلة (ADU) - عبر وحدات البكسل في مستشعر الكاميرا.
1. PRNU في مجال التصوير
1) المفهوم الأساسي لـ PRNU
عندما تستشعر الكاميرا الضوء، تلتقط كل بكسل عددًا معينًا من الإلكترونات الضوئية أثناء التعريض، ثم يقوم محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية (ADC) بتحويل هذه القيم إلى قيمة تدرج رمادي رقمي (ADU). ويعتمد هذا التحويل على نسبة ADU لكل إلكترون، تُعرف بكسب التحويل، وقيمة إزاحة ثابتة (عادةً حوالي 100 ADU). وتُحدد هذه القيم بواسطة محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية والمضخم المستخدم في عملية التحويل.
تحقق كاميرات CMOS أداءً عالي السرعة ومنخفض التشويش من خلال العمل المتوازي، حيث يوجد محول تناظري رقمي واحد أو أكثر لكل عمود ومضخم واحد لكل بكسل. يتيح هذا التشغيل المتوازي معالجة البيانات بسرعة، ولكنه قد يُحدث اختلافات طفيفة في قيم الكسب والإزاحة بين البكسلات.
2) PRNU والضوضاء ذات النمط الثابت
يمثل PRNU أي اختلافات في الكسب (نسبة الإلكترونات إلى وحدة ADU) من بكسل إلى آخر. بينما يمثل عدم تجانس الإشارة المظلمة (DSNU) اختلافات في قيمة الإزاحة (مما ينتج عنه ضوضاء نمط ثابتة في الإضاءة المنخفضة)، فإن PRNU يأخذ في الاعتبار اختلافات الكسب نفسه. يمكن أن تتسبب هذه الاختلافات في الكسب أيضًا في ضوضاء نمط ثابتة، ولكنها عادةً ما تكون أكثر وضوحًا في مستويات الإضاءة العالية.
2. جودة الصورة و PRNU
1) PRNU والتصوير في الإضاءة المنخفضة
في التصوير في ظروف الإضاءة المنخفضة والمتوسطة (حيث تكون إشارة الفوتون ضعيفة نسبيًا، عادةً في نطاق 1000 إلكترون أو أقل)، يكون تباين PRNU ضئيلاً بشكل عام مقارنةً بمصادر الضوضاء الأخرى، مثل ضوضاء القراءة أو ضوضاء الإشارة المظلمة (DSNU). في هذه الحالات، يكون لتباين PRNU تأثير ضئيل على جودة الصورة الإجمالية.
2) التصوير بتقنية PRNU والتصوير عالي الإضاءة
في تطبيقات التصوير في ظروف الإضاءة العالية، يكون تأثير ضوضاء الفوتونات غير المتجانسة (PRNU) على جودة الصورة ضئيلاً، خاصةً عندما تكون شدة الإضاءة عالية لدرجة أن مصادر الضوضاء الأخرى، مثل ضوضاء الفوتونات، تطغى على جودة الصورة. مع ذلك، في التطبيقات التي تتطلب دقة قياس عالية (مثل تقنيات حساب متوسط الإطارات أو جمعها)، قد يكون انخفاض قيمة PRNU مفيدًا لضمان دقة أكبر وتقليل التباينات الطفيفة في استجابة الضوء عبر المستشعر.
3. القيم النموذجية لمؤشر PRNU
عادةً ما تكون قيم PRNU النموذجية لمعظم مستشعرات CMOS أقل من 1%. بالنسبة لتطبيقات التصوير في ظروف الإضاءة المنخفضة والمتوسطة، يكون التباين في PRNU عادةً ضئيلاً للغاية بحيث لا يؤثر بشكل ملحوظ على الصورة.
4. تطبيق PRNU عملياً
يُعدّ PRNU عاملاً مهماً في التطبيقات التي تكون فيها دقة القياس بالغة الأهمية، مثل:
التصوير العلمي: حيث يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة في مستويات الإضاءة على النتائج.
عمليات التفتيش الصناعية:حيثما تكون القياسات الدقيقة مطلوبة، لا سيما في فحص أشباه الموصلات أو مراقبة الجودة. المقال "لماذا يُعد تصحيح DSNU/PRNU مهمًا في فحص أشباه الموصلات؟"يشرح أهمية PRNU في التطبيقات العملية."
في هذه الحالات، يمكن أن يساعد ضمان انخفاض نسبة PRNU (أقل من 1٪) في تحسين الدقة الكمية وتقليل ضوضاء النمط الثابت، خاصة عند استخدام تقنيات مثل متوسط الإطارات أو التعريضات المجمعة لتحسين جودة الإشارة.
