[PRNU] – מהי אי-אחידות תגובת פוטו (PRNU)?

אי-אחידות תגובת הפוטו (PRNU) מייצגת את אחידות תגובת המצלמה לאור, והיא חשובה במיוחד ביישומים בתאורה גבוהה. PRNU מכמתת שינויים בהגבר - היחס בין האלקטרונים הפוטואלקטרוניים שזוהו לערך גווני האפור הדיגיטליים (ADU) המתאים - על פני הפיקסלים בחיישן המצלמה.

 

1. PRNU בהדמיה

 

1) מושג בסיסי של PRNU

 

כאשר מצלמה מזהה אור, כל פיקסל לוכד מספר מסוים של פוטואלקטרונים במהלך החשיפה, אשר לאחר מכן מומר לערך בגווני אפור דיגיטליים (ADU) על ידי ממיר אנלוגי-לדיגיטלי (ADC). המרה זו עוקבת אחר יחס של ADU לכל אלקטרון, המכונה הגבר המרה, וערך היסט קבוע (בדרך כלל בסביבות 100 ADU). ערכים אלה נקבעים על ידי ה-ADC והמגבר המשמש להמרה.

 

מצלמות CMOS משיגות ביצועים במהירות גבוהה ועם רעש נמוך על ידי פעולה במקביל, עם ממיר ADC אחד או יותר לכל עמודה ומגבר אחד לכל פיקסל. פעולה מקבילית זו מאפשרת עיבוד נתונים מהיר אך יכולה להכניס שינויים קטנים בערכי הגבר והיסט בין פיקסלים.

 

2) PRNU ורעש דפוס קבוע

 

ה-PRNU מייצג כל שינוי בהגבר (יחס האלקטרונים ל-ADU) מפיקסל אחד למשנהו. בעוד שאי-אחידות האות האפל (DSNU) מייצגת שינויים בערך ההיסט (המביא לרעש דפוס קבוע בתאורה חלשה), PRNU מתחשב בשינויים בהגבר עצמו. שינויים אלה בהגבר יכולים גם לגרום לרעש דפוס קבוע, אך הם בדרך כלל מורגשים יותר ברמות אור גבוהות.

 

2. PRNU ואיכות תמונה

1) PRNU והדמיה בתאורה חלשה

 

עבור הדמיה בתאורה נמוכה ובינונית (כאשר אות הפוטון חלש יחסית, בדרך כלל בטווח של 1000e או פחות), השונות ב-PRNU היא בדרך כלל חסרת משמעות בהשוואה למקורות רעש אחרים, כגון רעש קריאה או רעש אות חושך (DSNU). בתרחישים אלה, לשונות ב-PRNU יש השפעה מועטה על איכות התמונה הכוללת.

 

2) PRNU והדמיה בתאורה גבוהה

 

ביישומי הדמיה בתאורה גבוהה, ההשפעה של PRNU על איכות התמונה היא גם מינימלית, במיוחד כאשר עוצמת האור גבוהה מספיק כך שמקורות רעש אחרים, כגון רעש צילום פוטונים, שולטים באיכות התמונה. עם זאת, ביישומים הדורשים דיוק מדידה גבוה (למשל, טכניקות ממוצע פריימים או סיכום פריימים), PRNU נמוך יכול להיות מועיל כדי להבטיח דיוק רב יותר ולהפחית חוסר עקביות עדין בתגובת האור על פני החיישן.

 

3. ערכי PRNU אופייניים

 

ערכי PRNU אופייניים עבור רוב חיישני ה-CMOS הם בדרך כלל פחות מ-1%. עבור יישומי הדמיה בתנאי תאורה נמוכים ובינוניים, השונות ב-PRNU בדרך כלל קטנה מדי מכדי להשפיע על התמונה באופן משמעותי.

 

4. PRNU ביישומים מעשיים

 

PRNU הוא גורם חשוב ביישומים בהם דיוק המדידה הוא קריטי, כגון:

 

הדמיה מדעית: כאשר שינויים קטנים ברמות האור יכולים להשפיע על התוצאות.

 

בדיקות תעשייתיות:כאשר נדרשות מדידות מדויקות, במיוחד בבדיקת מוליכים למחצה או בקרת איכות. המאמר "מדוע תיקון DSNU/PRNU חשוב בבדיקת מוליכים למחצה"מסביר את החשיבות של PRNU ביישומים מעשיים.

 

במקרים אלה, הבטחת PRNU נמוך (פחות מ-1%) יכולה לסייע בשיפור הדיוק הכמותי ולהפחתת רעש דפוס קבוע, במיוחד בעת שימוש בטכניקות כמו ממוצע פריימים או חשיפות מסוכמות כדי לשפר את איכות האות.