29/04/2022La non-uniformité de la réponse photoélectrique (PRNU) représente l'uniformité de la réponse d'un appareil photo à la lumière et est particulièrement importante dans les applications en forte luminosité. La PRNU quantifie les variations de gain — le rapport entre le nombre de photoélectrons détectés et la valeur numérique de niveaux de gris (ADU) correspondante — entre les pixels du capteur de l'appareil photo.
1. PRNU en imagerie
1) Concept de base de la PRNU
Lorsqu'un appareil photo détecte de la lumière, chaque pixel capture un certain nombre de photoélectrons pendant l'exposition, lesquels sont ensuite convertis en une valeur numérique de niveaux de gris (ADU) par le convertisseur analogique-numérique (CAN). Cette conversion applique un rapport entre le nombre d'ADU par électron, appelé gain de conversion, et une valeur de décalage fixe (généralement autour de 100 ADU). Ces valeurs sont déterminées par le CAN et l'amplificateur utilisé pour la conversion.
Les caméras CMOS offrent des performances élevées en termes de vitesse et de faible bruit grâce à un fonctionnement en parallèle, avec un ou plusieurs convertisseurs analogique-numérique par colonne et un amplificateur par pixel. Ce fonctionnement parallèle permet un traitement rapide des données, mais peut engendrer de légères variations de gain et de décalage entre les pixels.
2) Bruit PRNU et bruit à motif fixe
L'indice PRNU représente les variations de gain (rapport entre le nombre d'électrons et l'ADU) d'un pixel à l'autre. Alors que l'indice DSNU (non-uniformité du signal d'obscurité) représente les variations de la valeur de décalage (entraînant un bruit de motif fixe en faible luminosité), l'indice PRNU rend compte des variations du gain lui-même. Ces variations de gain peuvent également provoquer un bruit de motif fixe, mais celui-ci est généralement plus perceptible en forte luminosité.
2. PRNU et qualité d'image
1) PRNU et imagerie en faible luminosité
Pour l'imagerie en faible et moyenne luminosité (où le signal photonique est relativement faible, généralement de l'ordre de 1000 e- ou moins), la variation du PRNU est généralement négligeable par rapport à d'autres sources de bruit, comme le bruit de lecture ou le bruit du signal d'obscurité (DSNU). Dans ces conditions, la variation du PRNU a peu d'impact sur la qualité globale de l'image.
2) PRNU et imagerie à haute luminosité
Dans les applications d'imagerie à forte luminosité, l'impact du PRNU sur la qualité d'image est minime, notamment lorsque l'intensité lumineuse est suffisamment élevée pour que d'autres sources de bruit, comme le bruit de grenaille photonique, prédominent. Cependant, dans les applications exigeant une grande précision de mesure (par exemple, les techniques de moyennage ou de sommation d'images), un faible PRNU peut s'avérer avantageux pour garantir une meilleure précision et réduire les variations subtiles de la réponse à la lumière sur le capteur.
3. Valeurs PRNU typiques
Les valeurs typiques de PRNU pour la plupart des capteurs CMOS sont généralement inférieures à 1 %. Pour les applications d'imagerie en conditions de faible et moyenne luminosité, la variation de PRNU est généralement trop faible pour affecter significativement l'image.
4. Les applications pratiques des PRNU
Le PRNU est un facteur important dans les applications où la précision de mesure est essentielle, telles que :
Imagerie scientifique: Là où de petites variations de luminosité peuvent affecter les résultats.
Inspections industrielles :Lorsque des mesures précises sont nécessaires, notamment dans le domaine de l'inspection ou du contrôle qualité des semi-conducteurs. L'article «Pourquoi la correction DSNU/PRNU est importante dans l'inspection des semi-conducteurs" explique l'importance du PRNU dans les applications pratiques.
Dans ces cas, garantir un PRNU faible (moins de 1 %) peut contribuer à améliorer la précision quantitative et à réduire le bruit de motif fixe, en particulier lors de l'utilisation de techniques telles que la moyenne des images ou les expositions cumulées pour améliorer la qualité du signal.
