29/04/2022La non uniformità della risposta fotografica (PRNU) rappresenta l'uniformità della risposta di una fotocamera alla luce ed è particolarmente importante nelle applicazioni ad alta luminosità. La PRNU quantifica le variazioni del guadagno, ovvero il rapporto tra i fotoelettroni rilevati e il corrispondente valore della scala di grigi digitale (ADU), nei pixel del sensore di una fotocamera.
1. PRNU nell'imaging
1) Concetto di base di PRNU
Quando una fotocamera rileva la luce, ogni pixel cattura un certo numero di fotoelettroni durante l'esposizione, che vengono poi convertiti in un valore digitale in scala di grigi (ADU) dal convertitore analogico-digitale (ADC). Questa conversione segue un rapporto di ADU per elettrone, noto come guadagno di conversione, e un valore di offset fisso (tipicamente intorno a 100 ADU). Questi valori sono determinati dall'ADC e dall'amplificatore utilizzati per la conversione.
Le telecamere CMOS raggiungono prestazioni ad alta velocità e basso rumore operando in parallelo, con uno o più ADC per colonna e un amplificatore per pixel. Questo funzionamento parallelo consente un'elaborazione rapida dei dati, ma può introdurre piccole variazioni nei valori di guadagno e offset tra i pixel.
2) PRNU e rumore a schema fisso
Il PRNU rappresenta qualsiasi variazione nel guadagno (il rapporto tra elettroni e ADU) da un pixel all'altro. Mentre la non uniformità del segnale di buio (DSNU) rappresenta variazioni nel valore di offset (che si traducono in rumore a pattern fisso in condizioni di scarsa illuminazione), il PRNU tiene conto delle variazioni nel guadagno stesso. Queste variazioni di guadagno possono anche causare rumore a pattern fisso, ma in genere è più evidente ad alti livelli di illuminazione.
2. PRNU e qualità dell'immagine
1) PRNU e imaging in condizioni di scarsa illuminazione
Per immagini in condizioni di scarsa e media luminosità (dove il segnale fotonico è relativamente debole, tipicamente nell'intervallo 1000e o inferiore), la variazione del PRNU è generalmente insignificante rispetto ad altre fonti di rumore, come il rumore di lettura o il rumore del segnale scuro (DSNU). In questi scenari, la variazione del PRNU ha un impatto minimo sulla qualità complessiva dell'immagine.
2) PRNU e High-Light Imaging
Nelle applicazioni di imaging ad alta luminosità, l'impatto del PRNU sulla qualità dell'immagine è minimo, soprattutto quando l'intensità luminosa è sufficientemente elevata da prevalere sulla qualità dell'immagine a causa di altre fonti di rumore, come il rumore di fotoni. Tuttavia, nelle applicazioni che richiedono un'elevata precisione di misura (ad esempio, tecniche di media dei fotogrammi o di somma dei fotogrammi), un basso PRNU può essere utile per garantire una maggiore accuratezza e ridurre le sottili incongruenze nella risposta alla luce del sensore.
3. Valori tipici di PRNU
I valori tipici di PRNU per la maggior parte dei sensori CMOS sono in genere inferiori all'1%. Per le applicazioni di imaging in condizioni di scarsa e media illuminazione, la variazione di PRNU è solitamente troppo piccola per influenzare significativamente l'immagine.
4. PRNU nelle applicazioni pratiche
La PRNU è un fattore importante nelle applicazioni in cui la precisione della misurazione è fondamentale, come ad esempio:
Imaging scientifico: Dove piccole variazioni nei livelli di luce possono influenzare i risultati.
Ispezioni industriali:Quando sono richieste misurazioni precise, in particolare nell'ispezione dei semiconduttori o nel controllo qualità. L'articolo "Perché la correzione DSNU/PRNU è importante nell'ispezione dei semiconduttori" spiega l'importanza del PRNU nelle applicazioni pratiche.
In questi casi, garantire un PRNU basso (inferiore all'1%) può aiutare a migliorare l'accuratezza quantitativa e a ridurre il rumore del modello fisso, soprattutto quando si utilizzano tecniche come la media dei fotogrammi o le esposizioni sommate per migliorare la qualità del segnale.
