22/04/2022Το DSNU αναφέρεται στη διακύμανση του σήματος υποβάθρου μιας εικόνας κάμερας όταν δεν προσπίπτει φως (ή φωτόνια) στον αισθητήρα. Υποδεικνύει πόσο ποικίλλουν οι μετατοπίσεις των pixel στον αισθητήρα κατά τη λήψη μιας εικόνας σε απόλυτο σκοτάδι.
Το DSNU αποκτά ιδιαίτερη σημασία στην απεικόνιση σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, όπου η κάμερα παράγει μια σκοτεινή ή μεροληπτική εικόνα απουσία φωτός. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η τιμή μετατόπισης των pixel μπορεί να ποικίλλει και το DSNU αποκτά σημασία, ειδικά όταν είναι συγκρίσιμο ή μεγαλύτερο από τον θόρυβο ανάγνωσης της κάμερας (συνήθως 1-3e-).
1. Γιατί το DSNU έχει σημασία στην απεικόνιση
1) Απεικόνιση σε χαμηλό φωτισμό:
Ελλείψει φωτός, ο αισθητήρας μιας κάμερας παράγει ένα σήμα που δεν είναι μηδενικό, αλλά συνήθως μια τιμή μετατόπισης (π.χ., 100 επίπεδα του γκρι). Αυτή η μετατόπιση επηρεάζεται από τον ηλεκτρονικό θόρυβο της κάμερας, αλλά μπορεί να υπάρχει διακύμανση στις τιμές μετατόπισης από το ένα pixel στο άλλο. Αυτή η διακύμανση στις τιμές μετατόπισης pixel αναφέρεται ως Θόρυβος Σταθερού Μοτίβου, ο οποίος προκύπτει λόγω ασυνέπειας στο σκοτεινό σήμα του αισθητήρα μεταξύ των pixel.
2) Σταθερός θόρυβος μοτίβου:
Το DSNU ποσοτικοποιεί την ανεξάρτητη από το χρόνο μεταβολή σε αυτές τις τιμές μετατόπισης. Παρέχει ένα μέτρο του πόσο συνεπές είναι το σκοτεινό σήμα του αισθητήρα σε διαφορετικά pixel.
2. DSNU και Ποιότητα Εικόνας
1) Τυπικές τιμές DSNU:
Για τις περισσότερες κάμερες απεικόνισης χαμηλού φωτισμού, οι τιμές DSNU είναι συνήθως κάτω από 0,5e- (ηλεκτρόνια), πράγμα που σημαίνει ότι για συνθήκες μεσαίου ή έντονου φωτισμού, η συμβολή του DSNU στον θόρυβο είναι αμελητέα.
2) Επιπτώσεις στην ποιότητα της εικόνας:
Για εικόνες με υψηλό αριθμό φωτονίων (π.χ., εκατοντάδες ή χιλιάδες φωτόνια ανά pixel), το DSNU έχει ελάχιστη επίδραση. Για εφαρμογές χαμηλού φωτισμού, το DSNU παραμένει σημαντικό όταν είναι συγκρίσιμο με ή υπερβαίνει τον θόρυβο ανάγνωσης της κάμερας (συνήθως 1-3e-), κάτι που μπορεί να επηρεάσει την ποιότητα της εικόνας.
3. Περιορισμοί του DSNU:
Το DSNU (Dark Signal Non-Uniformity - Μη Ομοιομορφία Σκοτεινού Σήματος) είναι ένα εργαλείο που χρησιμοποιείται για την ποσοτικοποίηση του θορύβου σταθερού μοτίβου, αλλά δεν καταγράφει όλους τους τύπους θορύβου σταθερού μοτίβου, όπως τον δομημένο θόρυβο (Fixed Pattern Noise) και τον χρονικά εξαρτώμενο σκοτεινό θόρυβο (Temporal Dark Noise - Χρονικός Σκοτεινός Θόρυβος).
1) Δομημένα μοτίβα και θόρυβος στηλών:
Ο θόρυβος δομημένων μοτίβων, και ιδιαίτερα ο θόρυβος στηλών, είναι ένας τύπος θορύβου σταθερού μοτίβου που εμφανίζεται όταν ορισμένα pixel ή ομάδες pixel εμφανίζουν συστηματικές διαφορές στο σκοτεινό τους σήμα (μετατοπίσεις), συνήθως ευθυγραμμισμένες κατά μήκος συγκεκριμένων στηλών ή γραμμών. Αυτός ο θόρυβος εμφανίζεται σε ένα δομημένο μοτίβο και όχι σε τυχαίες διακυμάνσεις.
2) Χρονικά εξαρτώμενες παραλλαγές:
Ο χρονικά εξαρτώμενος θόρυβος αναφέρεται σε διακυμάνσεις στο σκοτεινό σήμα του αισθητήρα με την πάροδο του χρόνου, που προκαλούνται από παράγοντες όπως οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, η ηλεκτρονική αστάθεια ή η γήρανση του αισθητήρα. Αυτές οι διακυμάνσεις προκαλούν διακυμάνσεις στις τιμές μετατόπισης των pixel από τη μία έκθεση στην άλλη. Το DSNU μετρά τον χρονικά ανεξάρτητο θόρυβο, που σημαίνει ότι δεν λαμβάνει υπόψη αυτές τις αλλαγές στις τιμές μετατόπισης με την πάροδο του χρόνου. Για να παρατηρηθούν οι χρονικά εξαρτώμενες διακυμάνσεις, απαιτείται μια ακολουθία εικόνων μεροληψίας (εικόνες που λαμβάνονται χωρίς φως) που καταγράφονται με την πάροδο του χρόνου για την ανίχνευση αυτών των διακυμάνσεων.
4. DSNU σε Πρακτικές Εφαρμογές
Το DSNU είναι αμελητέο στην απεικόνιση σε φωτεινό φωτισμό, καθώς το σήμα του φωτονίου είναι πολύ ισχυρότερο από οποιαδήποτε παραλλαγή του σκοτεινού σήματος.
Για εφαρμογές όπως η απεικόνιση μονομοριακών μορίων, η κβαντική απεικόνιση και οι αστρονομικές παρατηρήσεις, οι κάμερες απαιτούνται για τη λήψη εξαιρετικά ασθενών φωτεινών σημάτων. Αυτά τα σήματα είναι συνήθως στο επίπεδο των 1-3 ηλεκτρονίων (e-) ή και χαμηλότερα, επομένως οποιοσδήποτε πρόσθετος θόρυβος (όπως το DSNU) μπορεί να επηρεάσει την ποιότητα της τελικής εικόνας και να μειώσει τον λόγο σήματος προς θόρυβο (SNR). Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι σύγχρονες επιστημονικές κάμερες υψηλής ευαισθησίας διαθέτουν δυνατότητες διόρθωσης DSNU. Όσο χαμηλότερη είναι η τιμή DSNU, τόσο υψηλότερη είναι η ποσοτική ακρίβεια.
Η σύγχρονη βιομηχανική επιθεώρηση απαιτεί συνεχώς αυξανόμενη ακρίβεια, ειδικά στη βιομηχανία ημιαγωγών, όπου οι ποσοτικές απαιτήσεις για σήματα ελαττωμάτων είναι συγκρίσιμες με εκείνες στις επιστημονικές εφαρμογές απεικόνισης χαμηλού φωτισμού. Η DSNU (Dark Signal Non-Uniformity - Μη Ομοιομορφία Σκοτεινού Σήματος) είναι εξίσου σημαντική σε αυτό το πλαίσιο. Το άρθρο "Γιατί η διόρθωση DSNU/PRNU έχει σημασία στην επιθεώρηση ημιαγωγών«παρέχει μια πολύ λεπτομερή εξήγηση.»
