22/04/2022DSNU si riferisce alla variazione del segnale di sfondo di un'immagine di una telecamera quando nessuna luce (o fotoni) incide sul sensore. Indica di quanto variano gli offset dei pixel sul sensore quando si cattura un'immagine in completa oscurità.
Il DSNU diventa particolarmente importante nell'imaging in condizioni di scarsa illuminazione, dove la fotocamera produce un'immagine scura o distorta in assenza di luce. In questi casi, il valore di offset dei pixel può variare e il DSNU diventa importante, soprattutto quando è paragonabile o maggiore del rumore di lettura della fotocamera (tipicamente 1-3e-).
1. Perché la DSNU è importante nell'imaging
1) Immagini in condizioni di scarsa illuminazione:
In assenza di luce, il sensore di una fotocamera produce un segnale che non è zero, ma in genere un valore di offset (ad esempio, 100 livelli di grigio). Questo offset è influenzato dal rumore elettronico della fotocamera, ma potrebbero esserci variazioni nei valori di offset da un pixel all'altro. Questa variazione nei valori di offset dei pixel è definita rumore a pattern fisso, che si verifica a causa dell'incoerenza del segnale scuro del sensore tra i pixel.
2) Rumore a schema fisso:
DSNU quantifica la variazione indipendente dal tempo di questi valori di offset. Fornisce una misura della coerenza del segnale di buio del sensore su diversi pixel.
2. DSNU e qualità dell'immagine
1) Valori DSNU standard:
Per la maggior parte delle fotocamere per riprese in condizioni di scarsa illuminazione, i valori DSNU sono solitamente inferiori a 0,5e- (elettroni), il che significa che in condizioni di luce media o elevata, il contributo di DSNU al rumore è trascurabile.
2) Impatto sulla qualità dell'immagine:
Per immagini con un elevato numero di fotoni (ad esempio, centinaia o migliaia di fotoni per pixel), il DSNU ha un effetto minimo. Per applicazioni in condizioni di scarsa illuminazione, il DSNU rimane significativo quando è paragonabile o superiore al rumore di lettura della fotocamera (in genere 1-3e-), il che può influire sulla qualità dell'immagine.
3. Limitazioni del DSNU:
DSNU (Dark Signal Non-Uniformity) è uno strumento utilizzato per quantificare il rumore a schema fisso, ma non cattura tutti i tipi di rumore a schema fisso, come il rumore strutturato (Fixed Pattern Noise) e il rumore oscuro dipendente dal tempo (Temporal Dark Noise).
1) Modelli strutturati e rumore di colonna:
Il rumore strutturato, in particolare il rumore di colonna, è un tipo di rumore a schema fisso che si verifica quando determinati pixel o gruppi di pixel presentano differenze sistematiche nel loro segnale scuro (offset), in genere allineati lungo colonne o righe specifiche. Questo rumore si manifesta secondo uno schema strutturato piuttosto che con fluttuazioni casuali.
2) Variazioni dipendenti dal tempo:
Il rumore dipendente dal tempo si riferisce alle variazioni nel segnale di buio del sensore nel tempo, causate da fattori quali fluttuazioni di temperatura, instabilità elettronica o invecchiamento del sensore. Queste variazioni causano fluttuazioni nei valori di offset dei pixel da un'esposizione all'altra. DSNU misura il rumore indipendente dal tempo, il che significa che non tiene conto di queste variazioni nei valori di offset nel tempo. Per osservare le variazioni dipendenti dal tempo, è necessaria una sequenza di immagini di polarizzazione (immagini scattate in assenza di luce) acquisite nel tempo per rilevare queste fluttuazioni.
4. DSNU nelle applicazioni pratiche
Il DSNU è trascurabile nelle immagini in condizioni di elevata luminosità, poiché il segnale dei fotoni è molto più forte di qualsiasi variazione del segnale di buio.
Per applicazioni come l'imaging di singole molecole, l'imaging quantistico e le osservazioni astronomiche, le fotocamere devono catturare segnali luminosi estremamente deboli. Questi segnali sono tipicamente a livello di 1-3 elettroni (e-) o anche inferiore, quindi qualsiasi rumore aggiuntivo (come il DSNU) può influire sulla qualità dell'immagine finale e ridurre il rapporto segnale/rumore (SNR). Per questo motivo, le moderne fotocamere scientifiche ad alta sensibilità sono dotate di funzionalità di correzione del DSNU. Minore è il valore del DSNU, maggiore è l'accuratezza quantitativa.
Le moderne ispezioni industriali richiedono una precisione sempre maggiore, soprattutto nell'industria dei semiconduttori, dove i requisiti quantitativi per i segnali difettosi sono paragonabili a quelli delle applicazioni scientifiche di imaging in condizioni di scarsa illuminazione. La DSNU (Dark Signal Non-Uniformity) è altrettanto importante in questo contesto. L'articolo "Perché la correzione DSNU/PRNU è importante nell'ispezione dei semiconduttori" fornisce una spiegazione molto dettagliata.
