29/04/2022Η Μη Ομοιομορφία Φωτοαπόκρισης (PRNU) αντιπροσωπεύει την ομοιομορφία της απόκρισης μιας κάμερας στο φως και είναι ιδιαίτερα σημαντική σε εφαρμογές σε έντονο φωτισμό. Η PRNU ποσοτικοποιεί τις διακυμάνσεις στο κέρδος — την αναλογία των ανιχνευόμενων φωτοηλεκτρονίων προς την αντίστοιχη ψηφιακή τιμή κλίμακας του γκρι (ADU) — στα pixel ενός αισθητήρα κάμερας.
1. PRNU στην απεικόνιση
1) Βασική Έννοια του PRNU
Όταν μια κάμερα ανιχνεύει φως, κάθε pixel καταγράφει έναν ορισμένο αριθμό φωτοηλεκτρονίων κατά την έκθεση, τα οποία στη συνέχεια μετατρέπονται σε ψηφιακή τιμή κλίμακας του γκρι (ADU) από τον αναλογικό-ψηφιακό μετατροπέα (ADC). Αυτή η μετατροπή ακολουθεί μια αναλογία ADU ανά ηλεκτρόνιο, γνωστή ως κέρδος μετατροπής, και μια σταθερή τιμή μετατόπισης (συνήθως περίπου 100 ADU). Αυτές οι τιμές καθορίζονται από τον ADC και τον ενισχυτή που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή.
Οι κάμερες CMOS επιτυγχάνουν απόδοση υψηλής ταχύτητας και χαμηλού θορύβου λειτουργώντας παράλληλα, με έναν ή περισσότερους ADC ανά στήλη και έναν ενισχυτή ανά pixel. Αυτή η παράλληλη λειτουργία επιτρέπει την ταχεία επεξεργασία δεδομένων, αλλά μπορεί να εισαγάγει μικρές διακυμάνσεις στις τιμές κέρδους και μετατόπισης μεταξύ των pixel.
2) PRNU και θόρυβος σταθερού μοτίβου
Το PRNU αντιπροσωπεύει τυχόν διακυμάνσεις στο κέρδος (την αναλογία ηλεκτρονίων προς ADU) από το ένα pixel στο άλλο. Ενώ η ανομοιομορφία του σκοτεινού σήματος (DSNU) αντιπροσωπεύει διακυμάνσεις στην τιμή μετατόπισης (με αποτέλεσμα θόρυβο σταθερού μοτίβου σε χαμηλό φωτισμό), το PRNU λαμβάνει υπόψη τις διακυμάνσεις στο ίδιο το κέρδος. Αυτές οι διακυμάνσεις στο κέρδος μπορούν επίσης να προκαλέσουν θόρυβο σταθερού μοτίβου, αλλά είναι συνήθως πιο αισθητός σε υψηλά επίπεδα φωτισμού.
2. PRNU και Ποιότητα Εικόνας
1) PRNU και απεικόνιση χαμηλού φωτισμού
Για απεικόνιση χαμηλού και μεσαίου φωτισμού (όπου το σήμα φωτονίων είναι σχετικά ασθενές, συνήθως στην περιοχή των 1000e ή λιγότερο), η διακύμανση του PRNU είναι γενικά ασήμαντη σε σύγκριση με άλλες πηγές θορύβου, όπως ο θόρυβος ανάγνωσης ή ο θόρυβος σκοτεινού σήματος (DSNU). Σε αυτά τα σενάρια, η διακύμανση του PRNU έχει μικρή επίδραση στη συνολική ποιότητα της εικόνας.
2) PRNU και απεικόνιση με έντονο φωτισμό
Σε εφαρμογές απεικόνισης σε έντονο φωτισμό, η επίδραση του PRNU στην ποιότητα της εικόνας είναι επίσης ελάχιστη, ειδικά όταν η ένταση του φωτός είναι αρκετά υψηλή ώστε άλλες πηγές θορύβου, όπως ο θόρυβος των φωτονίων, να κυριαρχούν στην ποιότητα της εικόνας. Ωστόσο, σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια μέτρησης (π.χ. τεχνικές μέσου όρου ή άθροισης καρέ), το χαμηλό PRNU μπορεί να είναι ωφέλιμο για να διασφαλιστεί μεγαλύτερη ακρίβεια και να μειωθούν οι ανεπαίσθητες ασυνέπειες στην απόκριση φωτός σε όλο τον αισθητήρα.
3. Τυπικές τιμές PRNU
Οι τυπικές τιμές PRNU για τους περισσότερους αισθητήρες CMOS είναι συνήθως μικρότερες από 1%. Για εφαρμογές απεικόνισης σε συνθήκες χαμηλού και μεσαίου φωτισμού, η διακύμανση στο PRNU είναι συνήθως πολύ μικρή για να επηρεάσει σημαντικά την εικόνα.
4. PRNU σε πρακτικές εφαρμογές
Το PRNU είναι ένας σημαντικός παράγοντας σε εφαρμογές όπου η ακρίβεια των μετρήσεων είναι κρίσιμη, όπως:
Επιστημονική απεικόνιση: Όπου μικρές διακυμάνσεις στα επίπεδα φωτισμού μπορούν να επηρεάσουν τα αποτελέσματα.
Βιομηχανικές επιθεωρήσεις:Όπου απαιτούνται ακριβείς μετρήσεις, ιδιαίτερα στην επιθεώρηση ημιαγωγών ή στον ποιοτικό έλεγχο. Το άρθρο "Γιατί η διόρθωση DSNU/PRNU έχει σημασία στην επιθεώρηση ημιαγωγών"εξηγεί τη σημασία του PRNU σε πρακτικές εφαρμογές.
Σε αυτές τις περιπτώσεις, η διασφάλιση χαμηλού PRNU (λιγότερο από 1%) μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση της ποσοτικής ακρίβειας και στη μείωση του θορύβου σταθερού μοτίβου, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται τεχνικές όπως ο μέσος όρος καρέ ή οι αθροιστικές εκθέσεις για τη βελτίωση της ποιότητας του σήματος.
