13. maí 2022Útlestrarsuð er óvissan sem felst í því að mæla rafrænt fjölda ljósrafeinda sem myndavélin hefur greint. Það er venjulega tilgreint írafeindir (e⁻ RMS)og fer eftir lestrarhraða, hagnaðar-/umbreytingar-hagnaðarstillingu, ADC stillingu og arðsemi fjárfestingar — svo það er aðeins samanburðarhæft þegar aðstæður passa saman.
Í björtum senum,skothljóðer venjulega ríkjandi og lestrarhávaði hefur lítil áhrif. Í myndgreiningu við litla birtu — veika flúrljómun, stjörnufræði, vinnu með stuttri lýsingu og miklum hraða — getur lestrarhávaði takmarkað signal-snertingu (SNR) verulega og jafnvel greinanleika.
Þessi handbók sýnir hvernig á að túlka upplýsingar um hávaða í útlestri, hvenær það skiptir máli, hvaða stillingar breyta því og hvernig á að mæla það áreiðanlega.
Hvað er lestrarhljóð?
Útlestrarhljóð (oft kallaðlesa hávaða) er handahófskennd óvissa sem myndast þegar myndavélles uppmynd — þ.e. þegar hleðslan sem safnast í hverjum pixli er breytt í spennu og síðan stafræn í stafræna tölu (DN). Jafnvel með fullkominni sjóntækni og stöðugri senu er rafeindabúnaðurinn í aflestrinum aldrei fullkomlega hljóðlaus: magnarar, endurstillingar- og sýnatökurásir, hliðrænar merkjaleiðir og hliðræn-í-stafrænn breytir (ADC) geta öll stuðlað að litlum sveiflum. Niðurstaðan er handahófskennd villa á hvern pixil og ramma sem bætist við við aflestur.
Mynd 1: Mynd með takmörkuðu lestri hávaða
Í þessu afar lágbirtuumhverfi eru merkjagildi sambærileg við lestrarsuð, sem þýðir að lestrarsuð er aðaltakmarkandi þátturinn í SNR.
Vegna þess að skynjarinn mælir að lokum ljós semrafeindir, lestrarhljóð er oftast tilgreint írafeindir (e⁻), venjulega seme⁻ RMSAð tjá suð í rafeindum auðveldar samanburð á afköstum milli myndavélastillinga og líkana. (Ef byrjað er á DN, þá krefst umbreyting í e⁻ kerfisumbreytingarhagnaðar,e⁻/DN.) Í nútíma vísindamyndavélum getur lestrarhljóð verið mjög lágt - oft á~1–3 e⁻ RMS stig í lág-hávaða stillingumfyrir myndgreiningu í lítilli birtu — þó að nákvæmt gildi fari eftir lestrarhraða, hagnaðar-/umbreytingarhagnaðarstillingu, ADC stillingu, arðsemi fjárfestingar og hitastigi.
Dæmigert gildi og hvers vegna þau eru mismunandi
Fyrir margasCMOS myndavélar, lestrarhávaði er orðinn nógu lágur til að hægt sé að mæla mjög lítil merki með góðri nákvæmni. Aðrar skynjaratækni og rekstrarhamir geta sýnt hærri lestrarhávaði, sérstaklega þegar þeir eru fínstilltir fyrir hámarks rammatíðni. Sjá töflu 1 fyrir nokkur dæmigerð gildi. Þess vegna er mikilvægt að bera saman lestrarhávaði aðeins við samsvarandi prófunarskilyrði (ham, lestrarhraði, hagnaður, bita dýpt, arðsemi fjárfestingar o.s.frv.).
Tafla 1: Dæmigert RMS lestrarsuðgildi fyrir mismunandi vísindamyndavélatækni
* EMCCD-tæki hafa viðbótar hávaðagjafa sem draga úr næmi þeirra
** Háhraða sCMOS eins ogTucsen Dhyana 2100 sCMOS myndavél
*** HáhraðiCMOS myndavélareru notaðar bæði í vísindamyndatöku og kvikmyndum fyrir hraðvirka hreyfimyndatöku. Þessar myndavélar er yfirleitt ekki hægt að nota í myndatöku í litlu ljósi vegna mikils hávaða sem felur í sér merki í litlu ljósi.
RMS vs. miðgildi lestrarhávaða (og hvers vegna sum gagnablöð sýna tvær tölur)
Í CMOS/sCMOS skynjurum getur lestrarsuð verið örlítið mismunandi eftir pixlum, þannig að það getur verið gagnlegt að hugsa um lestrarsuð sem dreifingu frekar en eitt gildi. Sumar myndavélar sýna einnig lítinn „hala“ af pixlum með hærra suð, þar sem áhrif eins og handahófskennd símskeytissuð (RTN) geta verið meira áberandi.
Til að draga saman þessa dreifingu geta framleiðendur gefið upp miðgildi (dæmigert) lestrarsuðgildis og stundum viðbótar RMS-gildi sem er næmari fyrir pixlum með hærra suð. Skilgreiningar geta verið mismunandi eftir framleiðendum, þannig að öruggasta aðferðin er að athuga tilgreinda mæliaðferð og aðstæður - sérstaklega þegar verið er að bera saman myndavélar eða velja stillingu fyrir vinnu í lítilli birtu.
Hvernig á að lesa út hávaðaforskriftir?
Gildi fyrir hávaðamælingu hefur aðeins þýðingu þegar það er tengt því hvernig myndavélin var notuð við mælinguna. Stilling, bitadýpt, lestrarhraði, hagnaður/umbreytingarhagnaður og arðsemi fjárfestingar geta öll breytt tölunni — svo berðu alltaf saman forskriftir við samsvarandi aðstæður.
Prófunarskilyrði skipta máli
Tala fyrir útlesturshávaða hefur aðeins þýðingu þegar hún er tengd viðrekstrarskilyrðinotað til að mæla það. Sama myndavélin getur gefið upp mismunandi gildi eftir mælingarstillingu og stillingu, þannig að „lægra“ þýðir ekki sjálfkrafa „betra“ nema þú sért að bera saman svipaðar stillingar. Áður en þú berð saman myndavélar - eða jafnvel tvær stillingar á sömu myndavélinni - skaltu leita að þessum skilyrðum í gagnablaðstöflunni, neðanmálsgreinum eða afkastaritum:
●Lestrarhraði / pixlahraði (kHz–MHz):Hraðari aflestur eykur venjulega hávaða við aflestur.
Hagnaður / umbreytingar-hagnaður hamur (t.d. HCG/LCG): Breytir e⁻/DN og getur fært tilkynnt suðgildi.
●ADC slóð / bita dýpt:Sumar myndavélar bjóða upp á marga ADC stillingar sem hafa áhrif á suð og skammtafræðilega hegðun.
●Arðsemi fjárfestingar og útlestrarrásir:ROI getur breytt því hvernig skynjarinn er lesinn og getur haft áhrif á afköst í sumum arkitektúrum.
●Hitastig (ef það er tekið fram):Upplýsingar eru oft mældar við skilgreint hitastig skynjara; berið alltaf saman við svipaðar aðstæður.
Ef fyrirsögn með lestri suðs birtist án samhengis við stillingu/hraða skal meðhöndla hana sem ófullkomna og finna ítarlega stillingartöflu eða graf.
Dæmigert vs. hámark / miðgildi vs. RMS: hvers vegna þú gætir séð tvær tölur
Vegna samsíða lestrararkitektúrs,flestir CMOS/sCMOS skynjararsýna einhverja breytileika í lestrarhávaða milli pixla, þannig að það getur verið gagnlegt að hugsa um lestrarhávaða sem dreifingu frekar en eitt gildi. Þess vegna birta sumar forskriftir tvær tölur.
A miðgildiLestrarsuðgildið gefur til kynna að 50% af pixlum séu á eða undir þeirri tölu, sem endurspeglar oft „dæmigerða“ afköst. ViðbótarupplýsingarRMSMyndin (þegar hún er gefin upp) er næmari fyrir útbreiðslu dreifingarinnar og getur betur fangað áhrif pixla með meiri suð í halanum. Þar sem skilgreiningar geta verið mismunandi eftir framleiðendum skal alltaf athuga tilgreind mæliskilyrði og skýrslugerðarvenjur.
CMOS/sCMOS skynjarar geta sýntbreytileiki milli pixlaí lestrarhljóði, svo lestrarhljóð er betur hugsað semdreifingfrekar en eitt gildi. Til að draga saman þá dreifingu geta framleiðendur greint frá:
●Dæmigert / Miðgildi:„Dæmigerð pixlatala“ sem táknar algenga afköst í þeim ham.
●RMS (eða stundum íhaldssamari tala):Tölfræði sem getur verið næmari fyrir pixlum með meira suð og endurspeglar betur heildardreifinguna.
Ekki nota allir framleiðendur þessi hugtök á nákvæmlega sama hátt, svo athugaðu alltaf skilgreininguna og mæliaðferðina sem gefin er upp. Ef þú ert í vafa skaltu bera saman myndavélar með því að nota gildi sem gefin eru upp samkvæmtsömu tölfræði og skilyrði.
Dæmi um myndavélarstillingar (hvers vegna ein myndavél hefur margar upplýsingar um lestrarhávaða)
Til að gera þetta áþreifanlegt skaltu íhugaTucsen Aries 6510 sCMOS myndavél með fullkominni næmniÁ gagnablaðinu er greint frá útlestrarhávaða fyrir marga útlestrarhami — því hægt er að stjórna myndavélinni á mismunandi bita dýpi og útlestrarleiðslum, og hver þeirra hefur mismunandi hávaðagólf:
Mynd 2: Lestrarhljóð í Aries 6510
Hvernig á að túlka þetta: þessar tölur eru ekki mótsagnakenndar — þær lýsamismunandi rekstrarpunktarsömu myndavélar. Hraðari leiðsla (hér hraðastillingin) forgangsraðar yfirleitt afköstum og getur sýnt hærra lestrarhljóð, en leiðslur sem eru fínstilltar með tilliti til næmni geta dregið úr lágmarki lestrarhljóðs. Þess vegna ætti alltaf að lesa upplýsingar um lestrarhljóð.ásamt stillingarnafni og tilgreindri bita dýptÞegar þú berð saman myndavélar (eða berð saman myndavél við birt verð) skaltu ganga úr skugga um að þú sért að bera samansama stillingu, ekki bara lægsta fyrirsagnarnúmerið.
Þegar hávaði úr lestri skiptir máli?
Útlestrarhávaði takmarkar ekki allar tilraunir. Hvort það skiptir máli kemur niður á einfaldri spurningu: er útlestrarhávaði marktækur hluti af heildarhávaðafjárhagsáætlun þinni á því merkjastigi sem þú ert að vinna með? Við bjartar aðstæður er ljóseindahávaði (skotshávaði) yfirleitt ríkjandi. Við lágt merkjagildi getur útlestrarhávaði orðið hugtakið sem ákvarðar SNR - og stundum hvort dauf uppbygging sést yfirhöfuð.
Lestrarhljóð vs. skothljóð: fljótleg þumalputtaregla
Skothljóðið eykst með merkinu√N(þar sem N er fjöldi ljósrafeinda sem greindar eru). Lestrarsuðurinn er um það bilfasti á hverja pixlu á hverja rammafyrir tiltekna stillingu. Þetta þýðir:
● Áhátt N, √N er stórt og lestrarhávaði leggur lítið af mörkum.
● Álágt N, √N er lítið og lestrarhávaði getur verið allsráðandi.
Hagnýtur krosspunktur er þegarskothljóð ≈ lestrarhljóð, þ.e. þegar√N ≈ RÞað samsvararN ≈ R².
Til dæmis, ef stilling hefurR = 2 e⁻ RMS,Útlestrarhávaði verður marktækur þegar merkið er á stærðargráðunni nokkrar rafeindir upp í nokkra tugi rafeinda á pixla (þar sem R2=4). EfR = 10 e⁻, færist víxlpunkturinn í um 102 = 100 rafeindir á pixla.
Dæmi um raunverulegt SNR (hvers vegna það er hverfandi í björtum senum)
Segjum sem svo að pixill innihaldi2.000 evruraf merki. Skothljóð er√2000 ≈ 44,7 e⁻.
Ef hávaði er í lestri10 e⁻, heildarhávaði (RMS) er:
Þannig breytist SNR úr 2000/44,7≈44,7 í 2000/45,8≈43,7 — lítill munur. Með öðrum orðum, við hátt merki breytir minnkun á lestrarhávaða sjaldan því sem þú getur séð.
Í björtum aðstæðum þar sem hver pixla safnar þúsundum ljósrafeinda verður útlestrarhávaði lítill hluti af heildarhávaðafjármagninu. Til dæmis, við 2.000 e⁻ af merki, breytir 10 e⁻ af útlestrarhávaða SNR aðeins um nokkur prósent - oft ómerkjanlegt - en við tugi rafeinda á pixla getur útlestrarhávaði takmarkað SNR og sýnileg smáatriði verulega.
Þegar hávaði úr lestri verður raunverulegur takmarkari
Útlestrarhávaði skiptir mestu máli þegar tilraunin er merkistakmörkuð á hvern ramma — sem þýðir að hver pixla safnar aðeins litlum fjölda ljósrafeinda í einni lýsingu. Í því ástandi getur útlestrarhávaði ráðið ríkjum í hávaðanum, dregið úr SNR og hulið daufa uppbyggingu.
Algengar vísbendingar um notkun eru meðal annars:
●Veik flúrljómun / lág merkingarþéttleiki, sérstaklega við stuttar lýsingar eða hraðar tímaskekkjur
●Flúrljómun eins sameindaog staðbundin ofurupplausn, þar sem merki geta aðeins verið fáeinar ljóseindir á sendanda á ramma
●Efnaljómunarmyndgreining, þar sem ljóseindafjárveitingar eru í eðli sínu lágar og lestrarhávaði getur ráðið ríkjum
●Hraðvirk myndgreining (spenna/himnuspenna, hraðvirk kalsíummyndgreining), þar sem stuttar lýsingar draga úr fjölda ljóseinda í hverjum ramma
●Myndgreiningarvinnuflæði sem eru svelt af ljóseindum(t.d. mjög daufir rammar jafnvel þótt þú ætlir að stafla/meðaltala síðar)
Sem hagnýt athugun: ef dæmigert merki á hverja pixlu er íhundruð til þúsunda rafeindaá hvern ramma er lestrarhljóð sjaldan ríkjandi. Ef það er ítugir rafeinda eða minna, lestrarsuð og val á stillingu geta haft mikil áhrif á myndgæði.
Niðurstaða
Útlestrarhávaði er hamháð hugtak sem takmarkast af útlestrarkeðjunni — þannig að einu marktæku samanburðirnir eru gerðir við samsvarandi aðstæður (hamur, útlestrarhraði, hagnaður/umbreytingarhagnaður, ADC/bitadýpt, arðsemi fjárfestingar). Í björtum senum er hann oft hverfandi, en í myndgreiningu með lágu merki getur hann takmarkað SNR og greiningarhæfni verulega.
Ef þú vilt fá ráðleggingar fyrir tilraunina þína, deildu upplýsingum um notkun þína (merkisstig, lýsingartíma, rammatíðni, bylgjulengd og mark-SNR). Myndgreiningarsérfræðingar okkar geta lagt til...Tucsen myndavélog besta lestrarstillingin til að halda jafnvægi á milli næmis, hraða og breytilegs sviðs.
