22. 4. 2022DSNU označuje změnu signálu pozadí obrazu z kamery, když na snímač nedopadá žádné světlo (nebo fotony). Udává, o kolik se liší posuny pixelů napříč snímačem při snímání obrazu v úplné tmě.
DSNU se stává obzvláště důležitým při snímání za slabého osvětlení, kdy kamera při absenci světla vytváří tmavý nebo zkreslený obraz. V takových případech se hodnota posunu pixelů může lišit a DSNU se stává důležitým, zejména pokud je srovnatelná nebo větší než čtecí šum kamery (obvykle 1-3e-).
1. Proč je DSNU důležitá v zobrazování
1) Snímání za slabého osvětlení:
V nepřítomnosti světla produkuje snímač fotoaparátu signál, který není nulový, ale obvykle se jedná o hodnotu posunu (např. 100 úrovní šedi). Tento posun je ovlivněn elektronickým šumem fotoaparátu, ale hodnoty posunu se mohou mezi jednotlivými pixely lišit. Tato změna hodnot posunu pixelu se označuje jako šum s pevným vzorem, který vzniká v důsledku nekonzistence tmavého signálu snímače napříč pixely.
2) Fixní šum vzoru:
DSNU kvantifikuje časově nezávislou variaci těchto hodnot posunu. Poskytuje měřítko toho, jak konzistentní je tmavý signál senzoru napříč různými pixely.
2. DSNU a kvalita obrazu
1) Standardní hodnoty DSNU:
U většiny kamer snímajících za slabého osvětlení jsou hodnoty DSNU obvykle pod 0,5e- (elektronů), což znamená, že za středních nebo silných světelných podmínek je příspěvek DSNU k šumu zanedbatelný.
2) Dopad na kvalitu obrazu:
U snímků s vysokým počtem fotonů (např. stovky nebo tisíce fotonů na pixel) má DSNU minimální vliv. Pro aplikace se slabým osvětlením zůstává DSNU významný, pokud je srovnatelný s čtecím šumem kamery nebo jej překračuje (obvykle 1-3e-), což může ovlivnit kvalitu obrazu.
3. Omezení DSNU:
DSNU (Dark Signal Non-Uniformity) je nástroj používaný ke kvantifikaci šumu s pevným vzorem, ale nezachycuje všechny typy šumu s pevným vzorem, jako je strukturovaný šum (Fixed Pattern Noise) a časově závislý tmavý šum (Temporal Dark Noise).
1) Strukturované vzory a sloupcový šum:
Strukturovaný vzorový šum, zejména sloupcový šum, je typ šumu s pevným vzorem, který vzniká, když určité pixely nebo skupiny pixelů vykazují systematické rozdíly ve svém tmavém signálu (posunech), obvykle uspořádané podél konkrétních sloupců nebo řádků. Tento šum se objevuje ve strukturovaném vzoru, spíše než v náhodných fluktuacích.
2) Časově závislé variace:
Časově závislý šum označuje změny tmavého signálu senzoru v čase, způsobené faktory, jako jsou teplotní výkyvy, elektronická nestabilita nebo stárnutí senzoru. Tyto změny způsobují, že hodnoty ofsetu pixelů kolísají mezi expozicemi. DSNU měří časově nezávislý šum, což znamená, že tyto změny hodnot ofsetu v čase nezohledňuje. Pro pozorování časově závislých variací je k detekci těchto fluktuací zapotřebí sekvence snímků zkreslení (snímků pořízených bez světla) zachycených v průběhu času.
4. DSNU v praktických aplikacích
DSNU je při zobrazování za silného světla zanedbatelná, protože fotonový signál je mnohem silnější než jakákoli variace signálu v tmě.
Pro aplikace, jako je zobrazování jednotlivých molekul, kvantové zobrazování a astronomická pozorování, jsou kamery vyžadovány k zachycení extrémně slabých světelných signálů. Tyto signály jsou obvykle na úrovni 1-3 elektronů (e-) nebo i nižší, takže jakýkoli další šum (například DSNU) může ovlivnit kvalitu výsledného obrazu a snížit poměr signálu k šumu (SNR). Proto mají moderní vysoce citlivé vědecké kamery schopnosti korekce DSNU. Čím nižší je hodnota DSNU, tím vyšší je kvantitativní přesnost.
Moderní průmyslová kontrola vyžaduje stále větší přesnost, zejména v polovodičovém průmyslu, kde jsou kvantitativní požadavky na signály defektů srovnatelné s požadavky ve vědeckých aplikacích zobrazování za slabého osvětlení. DSNU (nejednotnost signálu v tmavém světle) je v této souvislosti stejně důležitá. Článek "Proč je korekce DSNU/PRNU důležitá při kontrole polovodičů„poskytuje velmi podrobné vysvětlení.
