29/04/2022La no uniformidad de la fotorrespuesta (PRNU) representa la uniformidad de la respuesta de una cámara a la luz y es especialmente importante en aplicaciones con alta luminosidad. La PRNU cuantifica las variaciones en la ganancia (la relación entre los fotoelectrones detectados y el valor digital de la escala de grises (ADU) correspondiente) entre los píxeles del sensor de una cámara.
1. PRNU en Imagenología
1) Concepto básico de PRNU
Cuando una cámara detecta luz, cada píxel captura una cantidad determinada de fotoelectrones durante la exposición, que el convertidor analógico-digital (ADC) convierte en un valor digital de escala de grises (ADU). Esta conversión se basa en una relación de ADU por electrón, conocida como ganancia de conversión, y un valor de compensación fijo (normalmente alrededor de 100 ADU). Estos valores los determinan el ADC y el amplificador utilizado para la conversión.
Las cámaras CMOS alcanzan alta velocidad y bajo nivel de ruido al operar en paralelo, con uno o más convertidores analógico-digitales (ADC) por columna y un amplificador por píxel. Esta operación en paralelo permite un procesamiento rápido de datos, pero puede introducir pequeñas variaciones en los valores de ganancia y desplazamiento entre píxeles.
2) PRNU y ruido de patrón fijo
La PRNU representa cualquier variación en la ganancia (la relación entre electrones y ADU) de un píxel a otro. Mientras que la no uniformidad de la señal oscura (DSNU) representa variaciones en el valor de desplazamiento (lo que genera ruido de patrón fijo en condiciones de poca luz), la PRNU explica las variaciones en la propia ganancia. Estas variaciones en la ganancia también pueden causar ruido de patrón fijo, pero este suele ser más perceptible en condiciones de alta luz.
2. PRNU y calidad de imagen
1) PRNU e imágenes con poca luz
Para imágenes con poca o media luz (donde la señal del fotón es relativamente débil, típicamente en el rango de 1000e o menos), la variación del PRNU suele ser insignificante en comparación con otras fuentes de ruido, como el ruido de lectura o el ruido de señal oscura (DSNU). En estos escenarios, la variación del PRNU tiene poco impacto en la calidad general de la imagen.
2) PRNU e imágenes de alta luminosidad
En aplicaciones de imágenes con alta luminosidad, el impacto del PRNU en la calidad de la imagen también es mínimo, especialmente cuando la intensidad de la luz es lo suficientemente alta como para que otras fuentes de ruido, como el ruido de disparo de fotones, dominen la calidad de la imagen. Sin embargo, en aplicaciones que requieren alta precisión de medición (p. ej., técnicas de promediado o suma de fotogramas), un PRNU bajo puede ser beneficioso para garantizar una mayor precisión y reducir inconsistencias sutiles en la respuesta a la luz a través del sensor.
3. Valores típicos de PRNU
Los valores típicos de PRNU para la mayoría de los sensores CMOS suelen ser inferiores al 1 %. Para aplicaciones de imagen en condiciones de luz baja y media, la variación en el PRNU suele ser demasiado pequeña como para afectar significativamente la imagen.
4. PRNU en aplicaciones prácticas
PRNU es un factor importante en aplicaciones donde la precisión de la medición es fundamental, como:
Imágenes científicas:Donde pequeñas variaciones en los niveles de luz pueden afectar los resultados.
Inspecciones industriales:Donde se requieren mediciones precisas, especialmente en la inspección de semiconductores o el control de calidad. El artículo "Por qué es importante la corrección DSNU/PRNU en la inspección de semiconductores" explica la importancia de PRNU en aplicaciones prácticas.
En estos casos, garantizar un PRNU bajo (menos del 1%) puede ayudar a mejorar la precisión cuantitativa y reducir el ruido de patrón fijo, especialmente cuando se utilizan técnicas como el promedio de cuadros o exposiciones sumadas para mejorar la calidad de la señal.
