[PRNU] – Mikä on valovasteen epätasaisuus (PRNU)?

Valovasteen epätasaisuus (PRNU) kuvaa kameran valovasteen tasaisuutta ja on erityisen tärkeä kirkkaassa valaistuksessa. PRNU kvantifioi vahvistuksen vaihteluita – havaittujen fotoelektronien suhdetta vastaavaan digitaaliseen harmaasävyarvoon (ADU) – kameran kennon pikseleiden välillä.

 

1. PRNU kuvantamisessa

 

1) PRNU:n peruskäsite

 

Kun kamera havaitsee valoa, jokainen pikseli tallentaa tietyn määrän fotoelektroneja valotuksen aikana, jotka sitten muunnetaan digitaaliseksi harmaasävyarvoksi (ADU) analogia-digitaalimuuntimella (ADC). Tämä muunnos noudattaa ADU:n ja elektronin suhdetta, joka tunnetaan muunnosvahvistuksena, ja kiinteää offset-arvoa (tyypillisesti noin 100 ADU). Nämä arvot määrittävät ADC ja muunnoksessa käytetty vahvistin.

 

CMOS-kamerat saavuttavat nopean ja kohinattoman suorituskyvyn toimimalla rinnakkain, jossa on yksi tai useampi ADC saraketta kohden ja yksi vahvistin pikseliä kohden. Tämä rinnakkaistoiminta mahdollistaa nopean tiedonkäsittelyn, mutta voi aiheuttaa pieniä vaihteluita vahvistus- ja offset-arvoissa pikseleiden välillä.

 

2) PRNU ja kiinteäkuvioinen kohina

 

PRNU edustaa vahvistuksen (elektronien ja ADU:n suhteen) vaihteluita pikselien välillä. Vaikka tumman signaalin epätasaisuus (DSNU) edustaa siirtymäarvon vaihteluita (mikä johtaa kiinteään kuviokohinaan hämärässä), PRNU ottaa huomioon itse vahvistuksen vaihtelut. Nämä vahvistuksen vaihtelut voivat myös aiheuttaa kiinteän kuviokohinaa, mutta se on tyypillisesti havaittavampi kirkkaassa valossa.

 

2. PRNU ja kuvanlaatu

1) PRNU ja hämäräkuvaus

 

Hämärässä ja keskivalossa kuvattaessa (jossa fotonisignaali on suhteellisen heikko, tyypillisesti 1000e:n tai vähemmän) PRNU-vaihtelu on yleensä merkityksetöntä verrattuna muihin kohinalähteisiin, kuten lukukohinaan tai tummasignaalikohinaan (DSNU). Näissä tilanteissa PRNU-vaihtelulla on vain vähän vaikutusta kuvan kokonaislaatuun.

 

2) PRNU ja kirkkaan valon kuvantaminen

 

Myös runsaasti valoa sisältävissä kuvantamissovelluksissa PRNU:n vaikutus kuvanlaatuun on minimaalinen, varsinkin kun valon intensiteetti on niin korkea, että muut kohinan lähteet, kuten fotonilaukauksen kohina, hallitsevat kuvanlaatua. Sovelluksissa, jotka vaativat suurta mittaustarkkuutta (esim. ruutujen keskiarvoistus- tai summaustekniikat), alhainen PRNU voi kuitenkin olla hyödyllinen suuremman tarkkuuden varmistamiseksi ja valovasteen hienovaraisten epäjohdonmukaisuuksien vähentämiseksi anturissa.

 

3. Tyypilliset PRNU-arvot

 

Useimpien CMOS-kennojen tyypilliset PRNU-arvot ovat tyypillisesti alle 1 %. Hämärissä ja keskivahvoissa valaistusolosuhteissa PRNU:n vaihtelu on yleensä liian pieni vaikuttaakseen kuvaan merkittävästi.

 

4. PRNU käytännön sovelluksissa

 

PRNU on tärkeä tekijä sovelluksissa, joissa mittaustarkkuus on kriittistä, kuten:

 

Tieteellinen kuvantaminenPienetkin valotasojen vaihtelut voivat vaikuttaa tuloksiin.

 

Teollisuustarkastukset:Kun tarvitaan tarkkoja mittauksia, erityisesti puolijohteiden tarkastuksessa tai laadunvalvonnassa. Artikkeli "Miksi DSNU/PRNU-korjaus on tärkeä puolijohdetarkastuksessa"selittää PRNU:n merkityksen käytännön sovelluksissa.

 

Näissä tapauksissa alhaisen PRNU:n (alle 1 %) varmistaminen voi auttaa parantamaan kvantitatiivista tarkkuutta ja vähentämään kiinteän kuvion kohinaa, erityisesti käytettäessä tekniikoita, kuten ruutujen keskiarvoistamista tai summattuja valotuksia signaalin laadun parantamiseksi.