[DSNU] – Was ist Dunkelsignal-Ungleichmäßigkeit (DSNU)?

Die Dunkelsignalungleichmäßigkeit (DSNU) ist ein Maß für den Grad der zeitunabhängigen Variation im Hintergrund eines Kamerabildes. Sie liefert einen groben numerischen Hinweis auf die Qualität des Hintergrundbildes im Hinblick auf möglicherweise vorhandene Muster oder Strukturen.

Bei der Bildgebung bei schwachem Licht kann die Hintergrundqualität einer Kamera ein wichtiger Faktor sein. Wenn keine Photonen auf die Kamera treffen, zeigen aufgenommene Bilder typischerweise keine Pixelwerte von 0 Graustufen (ADU). Normalerweise ist ein „Offset“-Wert vorhanden, beispielsweise 100 Graustufen, den die Kamera anzeigt, wenn kein Licht vorhanden ist, zuzüglich oder abzüglich des Einflusses von Rauschen auf die Messung. Ohne sorgfältige Kalibrierung und Korrektur kann dieser feste Offset-Wert jedoch von Pixel zu Pixel variieren. Diese Variation wird als „festes Musterrauschen“ bezeichnet. DNSU stellt das Ausmaß dieses festen Musterrauschens dar. Es stellt die Standardabweichung der Pixel-Offset-Werte dar, gemessen in Elektronen.

Bei vielen Kameras für die Bildgebung bei schwachem Licht liegt der DSNU typischerweise unter etwa 0,5e-. Das bedeutet, dass dieser Rauschbeitrag bei Anwendungen mit mittlerem oder starkem Licht, bei denen Hunderte oder Tausende von Photonen pro Pixel erfasst werden, absolut vernachlässigbar ist. Auch bei Anwendungen mit schwachem Licht spielt dieses feste Musterrauschen wahrscheinlich keine Rolle für die Bildqualität, sofern der DSNU niedriger ist als das Leserauschen der Kamera (typischerweise 1-3e-).

DSNU ist jedoch keine perfekte Darstellung von Fixed Pattern Noise, da es zwei wichtige Faktoren nicht erfasst. Erstens können CMOS-Kameras in dieser Offset-Variation strukturierte Muster aufweisen, oft in Form von Pixelspalten, die sich in ihrem Offset-Wert voneinander unterscheiden. Dieses „Fixed Pattern Column Noise“ ist für unser Auge viel deutlicher sichtbar als unstrukturiertes Rauschen, aber dieser Unterschied wird durch den DSNU-Wert nicht dargestellt. Diese Spaltenartefakte können im Hintergrund von Bildern mit sehr wenig Licht erscheinen, beispielsweise wenn das erkannte Spitzensignal weniger als 100 Fotoelektronen beträgt. Durch die Betrachtung eines „Bias“-Bildes – des Bildes, das die Kamera ohne Licht erzeugt – können Sie das Vorhandensein von Structured Pattern Noise erkennen.

Zweitens können strukturierte Abweichungen im Offset in manchen Fällen zeitabhängig sein und von Bild zu Bild variieren. Da DSNU nur die zeitunabhängige Abweichung anzeigt, sind diese nicht enthalten. Durch die Betrachtung einer Sequenz von Bias-Bildern können Sie das Vorhandensein von zeitabhängigem strukturiertem Musterrauschen überprüfen.

Wie bereits erwähnt, sind DSNU- und Hintergrund-Offset-Variationen jedoch bei Anwendungen mit mittlerer bis hoher Beleuchtungsstärke und Tausenden von Photonen pro Pixel kein wichtiger Faktor, da diese Signale weitaus stärker sind als die Variationen.