29. 4. 2022Nejednotnost fotoodezvy (PRNU) představuje jednotnost odezvy kamery na světlo a je obzvláště důležitá v aplikacích s vysokým osvětlením. PRNU kvantifikuje variace v zesílení – poměru detekovaných fotoelektronů k odpovídající hodnotě digitální stupně šedi (ADU) – napříč pixely v snímači kamery.
1. PRNU v zobrazování
1) Základní koncept PRNU
Když fotoaparát detekuje světlo, každý pixel během expozice zachytí určitý počet fotoelektronů, které jsou následně analogově-digitálním převodníkem (ADC) převedeny na digitální hodnotu ve stupních šedi (ADU). Tato konverze se řídí poměrem ADU na elektron, známým jako konverzní zisk, a pevnou hodnotou offsetu (obvykle kolem 100 ADU). Tyto hodnoty jsou určeny ADC a zesilovačem použitým pro konverzi.
CMOS kamery dosahují vysoké rychlosti a nízkého šumu paralelním provozem s jedním nebo více ADC na sloupec a jedním zesilovačem na pixel. Tento paralelní provoz umožňuje rychlé zpracování dat, ale může způsobit malé odchylky v hodnotách zesílení a posunu mezi pixely.
2) PRNU a šum s pevným vzorem
PRNU představuje jakékoli změny v zesílení (poměr elektronů k ADU) mezi jednotlivými pixely. Zatímco neuniformita tmavého signálu (DSNU) představuje změny v hodnotě ofsetu (což má za následek fixní šum vzoru při slabém osvětlení), PRNU zohledňuje změny v samotném zesílení. Tyto změny v zesílení mohou také způsobovat fixní šum vzoru, ale obvykle jsou znatelnější při vysokých úrovních osvětlení.
2. PRNU a kvalita obrazu
1) PRNU a zobrazování za slabého osvětlení
Pro zobrazování za slabého a středního osvětlení (kde je fotonový signál relativně slabý, typicky v rozsahu 1000e nebo méně) je variace PRNU obecně nevýznamná ve srovnání s jinými zdroji šumu, jako je čtecí šum nebo šum tmavého signálu (DSNU). V těchto scénářích má variace PRNU malý vliv na celkovou kvalitu obrazu.
2) PRNU a zobrazování ve vysokém světle
V aplikacích zobrazování za silného osvětlení je vliv PRNU na kvalitu obrazu také minimální, zejména pokud je intenzita světla dostatečně vysoká, aby v kvalitě obrazu dominovaly jiné zdroje šumu, jako například šum fotonů. V aplikacích vyžadujících vysokou přesnost měření (např. techniky průměrování nebo sčítání snímků) však může být nízká hodnota PRNU prospěšná pro zajištění větší přesnosti a snížení jemných nekonzistencí v odezvě na světlo v celém senzoru.
3. Typické hodnoty PRNU
Typické hodnoty PRNU pro většinu CMOS senzorů jsou obvykle menší než 1 %. Pro zobrazovací aplikace za slabého a středního osvětlení je změna PRNU obvykle příliš malá na to, aby významně ovlivnila obraz.
4. PRNU v praktických aplikacích
PRNU je důležitým faktorem v aplikacích, kde je přesnost měření kritická, jako například:
Vědecké zobrazováníKde i malé odchylky v úrovni osvětlení mohou ovlivnit výsledky.
Průmyslové inspekce:Tam, kde jsou vyžadována přesná měření, zejména při kontrole polovodičů nebo kontrole kvality. Článek „Proč je korekce DSNU/PRNU důležitá při kontrole polovodičů„vysvětluje význam PRNU v praktických aplikacích.“
V těchto případech může zajištění nízkého PRNU (méně než 1 %) pomoci zlepšit kvantitativní přesnost a snížit šum fixního vzoru, zejména při použití technik, jako je průměrování snímků nebo sumované expozice, ke zlepšení kvality signálu.
