29/04/2022Fotorespons-non-uniformitet (PRNU) repræsenterer ensartetheden af et kameras reaktion på lys og er især vigtig i applikationer med højt lys. PRNU kvantificerer variationer i forstærkningen - forholdet mellem detekterede fotoelektroner og den tilsvarende digitale gråtoneværdi (ADU) - på tværs af pixels i en kamerasensor.
1. PRNU i billeddannelse
1) Grundlæggende koncept for PRNU
Når et kamera registrerer lys, opfanger hver pixel et bestemt antal fotoelektroner under eksponeringen, som derefter konverteres til en digital gråtoneværdi (ADU) af analog-til-digital-konverteren (ADC). Denne konvertering følger et forhold mellem ADU pr. elektron, kendt som konverteringsforstærkningen, og en fast offset-værdi (typisk omkring 100 ADU). Disse værdier bestemmes af ADC'en og den forstærker, der bruges til konverteringen.
CMOS-kameraer opnår høj hastighed og lav støj ved at operere parallelt med en eller flere ADC'er pr. kolonne og én forstærker pr. pixel. Denne parallelle drift muliggør hurtig databehandling, men kan introducere små variationer i forstærknings- og offsetværdier på tværs af pixels.
2) PRNU og fast mønsterstøj
PRNU repræsenterer eventuelle variationer i forstærkningen (forholdet mellem elektroner og ADU) fra en pixel til en anden. Mens mørksignal-uensartetheden (DSNU) repræsenterer variationer i offsetværdien (hvilket resulterer i fast mønsterstøj i svagt lys), tager PRNU højde for variationer i selve forstærkningen. Disse variationer i forstærkning kan også forårsage fast mønsterstøj, men det er typisk mere mærkbart ved høje lysniveauer.
2. PRNU og billedkvalitet
1) PRNU og billeddannelse i svagt lys
Ved billeddannelse i svagt og mellemlys (hvor fotonsignalet er relativt svagt, typisk i området 1000e eller mindre), er PRNU-variationen generelt ubetydelig sammenlignet med andre støjkilder, såsom læsestøj eller mørksignalstøj (DSNU). I disse scenarier har variationen i PRNU ringe indflydelse på den samlede billedkvalitet.
2) PRNU og billeddannelse i højlys
I billeddannelsesapplikationer med højt lys er PRNU's indflydelse på billedkvaliteten også minimal, især når lysintensiteten er høj nok til, at andre støjkilder, såsom fotonskudstøj, dominerer billedkvaliteten. I applikationer, der kræver høj målepræcision (f.eks. billedgennemsnits- eller billedsummeringsteknikker), kan lav PRNU dog være gavnlig for at sikre større nøjagtighed og reducere subtile uoverensstemmelser i lysresponsen på tværs af sensoren.
3. Typiske PRNU-værdier
Typiske PRNU-værdier for de fleste CMOS-sensorer er typisk mindre end 1 %. Til billeddannelsesapplikationer under svage og mellemstore lysforhold er variationen i PRNU normalt for lille til at påvirke billedet væsentligt.
4. PRNU i praktiske anvendelser
PRNU er en vigtig faktor i applikationer, hvor målepræcision er kritisk, såsom:
Videnskabelig billeddannelseHvor små variationer i lysniveauer kan påvirke resultaterne.
Industrielle inspektioner:Hvor præcise målinger er nødvendige, især inden for halvlederinspektion eller kvalitetskontrol. Artiklen "Hvorfor DSNU/PRNU-korrektion er vigtig ved halvlederinspektion"forklarer betydningen af PRNU i praktiske anvendelser.
I disse tilfælde kan det at sikre en lav PRNU (mindre end 1%) bidrage til at forbedre den kvantitative nøjagtighed og reducere støj fra faste mønstre, især når man bruger teknikker som billedgennemsnit eller summerede eksponeringer til at forbedre signalkvaliteten.
