TDI Series-How to do the DSNU calibration, PRNU calibration, LUT

DSNUキャリブレーション、PRNUキャリブレーション、LUTの実施方法は？

1. DSNUキャリブレーション

（１）DSNU（ダークシグナル不均一性）とはどういう意味ですか？較正

センサー内部には、完全な暗状態であっても暗電流が存在します。これらの暗電流は、製造工程におけるわずかな差異によりセンサー表面に不均一な分布を形成するため、DSNUキャリブレーションによる画像の均一な背景キャリブレーションが必要となります。

（２）DSNU較正方法

1) データ取得: まず、カメラは完全な暗闇の中で一連の暗視野画像を収集する必要があります。

2) 平均化: 取得した暗視野画像を位相平均して平均暗視野画像を取得します。

3) 一般的なキャリブレーション画像: 参照画像 (すべて 0 またはすべて 100 など) を減算して、暗視野キャリブレーション画像を生成します。

4) ストレージキャリブレーション画像: 結果として得られたダークフィールドキャリブレーション画像は、カメラ内部の不揮発性メモリに保存され、後段のダークフィールドキャリブレーションアルゴリズムへの入力として使用されます。

5) アプリケーションキャリブレーション: 実際の画像を撮影する際、カメラは補正された画像を差し引いて、センサーの暗電流の不均一性を解消します。

（３）DSNU補正前後の比較

以下の2つのグラフから明らかなように、水平方向の補正後の画像は、キャリブレーション前の画像均一性と比較して、大幅に改善されている。

補正されていない暗視野水平グレースケール曲線

DSNUキャリブレーション後の暗視野水平グレースケール値曲線

（４）DSNU較正手順

1) FanOperationMode が Temperature に設定され、TECOperationMode も Temperature に設定されています。

2) CoolOperationTemperatureの温度を実際の動作温度に設定します。

3) センサーの温度が安定するまで待ちます。(DeviceControl / SensorTemperature)

4) BinningHorizontalとBinningVerticalをX1に設定します。

5) TriggerModeをOffに設定します。

6) LUTEnalbe をオフに設定します。

7) DSNUModeをOffに設定します。

8) PRNUModeをOffに設定します。

9) テストパターンをオフに設定します。

10) OperationModeをTDIに設定します。

11) ブラックレベルを0に設定します。

12) 実際の操作では、AcquisitionLineRate、TDIStagesP1、AnalogGain、PixelFormatをパラメータとして設定します。

13) レンズカバーを覆います。レンズカバーを覆いにくい場合は、平均グレースケール値を確認できます。AcquisitionLineRate が 80000Hz、TDIStagesP1 が 256、AnalogGain が X2、PixelFormat が 8bit の場合、上記のパラメータを設定した後の平均グレースケール値は約 20 である必要があります。20 を超える場合は光漏れがありますので、カバーを覆うことをお勧めします。

14) Liveで描画を開始すると、DSNUGenerateカメラがDSNUキャリブレーションを開始します。所要時間はAcquisitionLineRateの設定に関係します。DSNUModeをOnに設定し、画像の平均グレースケール値を観察します。理論的には、8ビットの平均グレースケール値は6、10ビットは25、12ビットは100です。平均グレースケール値と理論値との差がDSNUキャリブレーションの誤りを示している場合は、操作手順が正しいかどうかを確認してください。

15) DSNUキャリブレーションが有効であると判断された場合、DSNUSaveを実行できます。すると、補正されたデータが現在のPixelFormatとAnalogGainに紐付けられ、カメラの不揮発性メモリに保存されます。電力損失は発生しません。次回は、保存されたキャリブレーションデータがPixelFormatとAnalogGainの組み合わせに基づいて自動的に読み込まれます。

16) DSNUGenerateAll を選択した場合、フェーズは自動的に AnalogGain を X2 から X8 に切り替え、各シミュレーションゲインで DSNU を 1 回実行し、各キャリブレーション後にカメラの不揮発性メモリに自動的に保存します。これにより、以前のキャリブレーションデータが上書きされるため、キャリブレーション前に以前の DSNU キャリブレーションデータを上書きできるかどうかを判断する必要があります。DSNUGenerateAll では、現在設定されている PixelFormat のみを実行します。他の PixelFormat パラメータで DSNU キャリブレーションを実行する必要がある場合は、実際の PixelFormat パラメータに切り替えてから DSNUGenerateAll を実行する必要があります。

（５）DSNU較正よくある質問

1)DSNULoadの役割

DSNUGenerate を使用する場合、キャリブレーションは揮発性メモリに直接保存されず、DDR に保存されます。電源は直接失われます。DSNUGenerate のキャリブレーション結果に満足できない場合は、カメラの DSNU キャリブレーションパラメータに保存されている履歴を再読み込みする必要があります。その後、DSNULoad をクリックすると、カメラのキャリブレーションデータが読み込まれる前に保存されたフェーズが読み込まれます。

2)なぜ違うのかライン周波数、アナログゲイン、TDIステージビット深度、温度はDSNUを実行するために必要です較正別々に

センサーの暗電流、異なるライン周波数、アナログゲイン、TDIステージ、ビット深度、温度背景データなどの理由により、工場ですべてのシーンを補正してカメラに保存することはできません。そのため、お客様ご自身の機器の使用条件に合わせて、使用時に補正することをお勧めします。以下のデータは、AnalogGain X2、DigitalGain X1、TDIステージ256の設定で、暗視野画像の平均グレー値をそれぞれ1Kと300kに設定した場合のものです。異なるライン周波数では、暗視野の平均グレー値が大きく異なります。データから、DSNUキャリブレーションはライン周波数ごとに個別に行う必要があることがさらにわかります。

ライン周波数	8ビット	10ビット	12ビット
30万ドル	20	80	70
1K	31	108	150

3)8ビット、10ビットのオープンDSNU補正画像が飽和しないのはなぜか、12ビットのオープンDSNU後の画像の平均グレースケール値が増加した。

8ビットの場合、DSNUキャリブレーションは、平均ダークフィールド画像（20DN）から参照画像（6DN）を減算して、ダーク電流キャリブレーション画像（14DN）を生成します。キャリブレーション機能をオンにすると、ダーク電流キャリブレーション画像（14DN）が元の画像からリアルタイムで減算されるため、画像は元の画像に比べて暗くなり、飽和することはありません。これは10ビットの場合と同様です。

12ビットの場合、DSNUキャリブレーションでは、平均ダークフィールド画像（70DN）から基準画像（100DN）を差し引いて、ダーク電流キャリブレーション画像（-30DN）を生成します。キャリブレーション機能をオンにすると、ダーク電流キャリブレーション画像（-30DN）から元の画像をリアルタイムで差し引くため、画像は元の画像に比べて明るくなります。上記の問題が使用に影響を与える場合は、BlackLevelの値を調整することで解決できます。

上記のデータは、周波数300K、アナログゲイン×2、デジタルゲイン×1、TDIステージ256の結果です。異なる周波数ラインでは、画像上のDSNUが異なるため、上記のロジックに従って個別に分析する必要があります。

4)DSNUはどのくらいの期間有効ですか？較正取る

DSNUキャリブレーションには画像取得が必要なため、キャリブレーション時間はライン周波数と相関関係があります。ライン周波数が大きいほどキャリブレーションは速くなり、必要な時間は短くなります。理論的なキャリブレーション時間は、DSNU PRNU生成時間計算表で計算できます。DSNUGenerateまたはDSNUGenerateAllは、下図に示すコードで判断できます。サンプルで補正した場合、画像が正常に復元されているかどうかを観察することでキャリブレーションを判断できます。

5)DSNUをどのように判断するか較正成功している

まず、DSNUModeをOn、BlackLevelを0に設定して、画像の平均グレースケール値が正しい範囲内にあるかどうかを確認します。正しい平均グレースケール値は、8ビットが6、10ビットが25、12ビットが100です。次に、画像の水平方向の均一性を比較します。DSNUModeをOffとOnにそれぞれ設定して画像を収集し、ImageJを使用して水平方向の画像の均一性を比較します。均一性が大幅に改善された場合、DSNUキャリブレーションは成功し、グループパラメータをDSNU Saveを使用してカメラに保存できます。

6)なぜDSNUなのか較正アナログゲインまたはビット深度を切り替えると効果が変わる

ビット深度とアナログゲインが異なるDSNUキャリブレーションパラメータは個別に保存されるため、ビット深度やアナログゲインを切り替える際にDSNULoadコマンドを実行しなくても、対応するDSNUパラメータが自動的に読み込まれます。したがって、ビット深度やアナログゲインを切り替える必要がある場合は、まず10ビットに切り替えてDSNUGenerateAllを実行し、次に12ビットに切り替えてDSNUGenerateAllを実行することをお勧めします。10ビットモードと8ビットモードではDSNUパラメータのセットを使用するため、8ビットモードを個別に設定する必要はありません。キャリブレーション後、すべてのビット深度とゲインが補正されるため、後続のカメラを異なるビット深度とアナログゲインで使用しやすくなります。

7)DSNUを実行する際にイメージ例外が発生する理由較正

DSNUキャリブレーション中にセンサーの画像計算キャリブレーションパラメータが収集されるため、出力画像に異常が生じますが、これは正常な現象であり、キャリブレーション後には自動的に正常に戻ります。したがって、画像取得前にDSNUキャリブレーションが完了するまで待つ必要があります。

8)DSNUを別々に実行する必要がありますか？較正異なる方向へ？

いいえ、カメラはキャリブレーションコマンドが実行されると両方向を自動的に補正し、方向が切り替わると位相は自動的にその方向のDSNUキャリブレーションパラメータをロードします。

9)暗視野背景値が大きすぎるのはなぜですか較正

AcquisitionLineRate は 300 kHz、TDIStagesP1 は 256、AnalogGain は X2 に設定されています。暗視野背景値は、理論的には 8 ビットで 20、10 ビットで 80、12 ビットで 70 です。基本値が間違っている場合は、DSNUMode が Off に設定されているか、BlackLevel が 0 に設定されているか、PRNU が Off に設定されているか、DigitalGain が X1 に設定されているか、LUTEnalbe が Off に設定されているか、OperationMode が TDI に設定されているかを確認する必要があります。

ファームウェアのバージョンを確認してください。過去の経緯から、29/04以前のバージョンでは背景値が大きい場合があります。具体的なテストはバージョン2901211203で、12ビット暗視野背景は約170DNです。

光漏れの有無を確認するには、蓋を閉めてグレースケール値に違いがあるかどうかを比較することをお勧めします。違いがあれば、光漏れが発生しています。

10)DSNUを実行する際にDSNUモードをオフに設定する必要がありますか？較正

光漏れの有無や、暗視野校正前の背景値が正常かどうかを判断する際には、DSNU モードをオフに設定する必要があります。また、DSNUGenerate または DSNUGenerateAll コマンドの前には、DSNU モードの状態は影響を受けません。

11)UserSetはDSNUのキャリブレーションパラメータに影響を与えますか？

いいえ、DSNUGenerateAllとDSNUSaveのみが、カメラ内部に保存されているDSNUキャリブレーションパラメータを上書きします。

2. PRNUキャリブレーション

（１）PRNU（光応答不均一性）とは？較正?

PRNUキャリブレーションは、イメージセンサーの不均一な応答によって画像に生じるノイズやアーティファクトを除去するために用いられる、イメージセンサーのキャリブレーション技術です。イメージセンサーにおけるPRNUは、製造プロセスや材料の節性によって生じ、同じ光条件下でも異なるピクセルの応答に差が生じます。この差は、背景ノイズ、斑点、縞模様など、画像に様々な問題として現れることがあります。

（２）PRNU校正 方法

1) キャリブレーション画像の取得: カメラは、キャリブレーション画像に他の複雑な影響がないことを確認するために、半満光および均一光の下で一連の生画像を収集します。好ましくは均一光を使用します。

2) 複数画像の平均化：一連の画像から平均画像を求めます。

3) 目標グレー値を決定します。収集した画像を平均して目標グレー値とするか、目標グレー値を手動で入力することができます。

4) PRNUキャリブレーション画像：補正された画像は、ターゲットグレースケール / 平均画像によって計算されます。

5) PRNUキャリブレーション画像の保存: 生成されたPRNUキャリブレーション画像は、カメラ内部の不揮発性メモリに保存され、後期のダークフィールドキャリブレーションアルゴリズムへの入力として使用されます。

6) アプリケーションキャリブレーション: 実際の画像が撮影されたとき、カメラで撮影された各画像は、センサーの光応答の均一性を排除するために、PRNUキャリブレーション画像で乗算されます。

（３）PRNU校正前後比較

以下の2つのグラフから明らかなように、水平方向の補正後の画像は、キャリブレーション前の画像均一性と比較して大幅に改善されている。

補正されていないオープンフィールドグレースケール値曲線

PRNUキャリブレーション後のオープンフィールドグレースケール値曲線

（４）プルーン較正ステップ

1) FanOperationModeをTemperatureに設定し、TECOperationModeをTemperatureに設定します。

2) CoolOperationTemperatureの温度を実際の動作温度に設定します。

3) センサーの温度が安定するまで待ちます。(DeviceControl / SensorTemperature)

4) BinningHorizontalとBinningVerticalをX1に設定します。

5) TriggerModeをOffに設定します。

6) LUTEnalbe をオフに設定します。

7) DSNUModeをオンに設定します。

8) PRNUModeをOffに設定します。

9) テストパターンをオフに設定します。

10) OperationModeをTDIに設定します。

11) ブラックレベルを0に設定します。

12) 実際の操作では、AcquisitionLineRate、TDIStagesP1、AnalogGain、PixelFormatをパラメータとして設定します。

13) カメラを均一な光の下に置きます。均一な光の積分球を使用することをお勧めします。キャリブレーションが最適で、光源の明るさを調整して、画像が半飽和状態になるまで調整します。9,072 ピクセル全体が可能な限り半飽和になるように注意してください。転送リングを使用すると、両側の画像が画像感度が高くなり、自動的に計算されたターゲット値が低くなる可能性があります。最後の現象は、PRNU を開いた後に画像の平均グレー値が大幅に低下することです。その場合は、ファームウェアバージョンを 2904230720 以降に更新する必要があります。このバージョンでは、3520 ピクセルのオフセット後の 2048 ピクセルの平均をターゲット値として使用します。したがって、自動ターゲット値を使用して、中央の 2048 ピクセルが露出状態になるようにする必要があります。

14) Live の実装を開始して描画を開始し、PRNUGenerate カメラを実行して PRNU キャリブレーションを開始します。必要な時間は、設定された AcquisitionLineRate に関連しています。PRNUMode を On に設定し、キャリブレーションの前後の画像の水平方向の均一性を比較します。均一性が大幅に改善されている場合は、PRNU キャリブレーションが有効であることを示します。

15) PRNUキャリブレーションが有効であると判断された場合、PRNUSaveを実行できます。すると、この時点の補正データが現在選択されているPRNUセレクタにバインドされ、カメラの不揮発性メモリに保存されます。電源が切れてもデータは失われず、保存されたキャリブレーションデータは次回のPRNUセレクタ切り替え時に自動的にロードされます。

（５）プヌ較正よくある質問

1)役割 PRNULoad

PRNUGenerate を使用する場合、キャリブレーションは揮発性メモリに直接保存されず、DDR に保存されます。電源は直接失われます。PRNUGenerate のキャリブレーション結果に満足できない場合は、カメラの PRNU キャリブレーションパラメータに保存されている履歴を再読み込みする必要があります。このとき、PRNULoad をクリックすると、カメラのキャリブレーションデータを読み込む前に保存されたフェーズが読み込まれます。

2)役割 ターゲットレベル自動

PRNUには、マニュアルモード（PRNUTargetLevelパラメータを使用して補正後の目標値を手動で設定）と自動PRNUモード（カメラが補正後の画像の平均グレースケール値をPRNUキャリブレーションの目標値として使用）があります。PRNUTargetLevelの範囲は0～255、10ビット、12ビットです。

3)PRNUを実行するとイメージ例外が発生するのはなぜですか？較正

PRNUキャリブレーション中にセンサーの画像計算キャリブレーションパラメータが収集されるため、出力画像に異常が生じますが、これは正常な現象であり、キャリブレーション後には自動的に正常に戻ります。したがって、画像取得はPRNUキャリブレーション完了後に行う必要があります。

4)PRNUGenerateにはどれくらい時間がかかりますか？

PRNUキャリブレーションには画像取得が必要なため、キャリブレーション時間はライン周波数と相関関係があります。ライン周波数が大きいほどキャリブレーションは速くなり、必要な時間は短くなります。理論的なキャリブレーション時間は、DSNU PRNU生成時間計算表を使用して計算できます。PRNU生成時間は、下図に示すコードに従って判断できます。サンプルに対してキャリブレーションを行う場合は、画像が正常に復元されているかどうかを観察することでキャリブレーションを判断できます。

5)RPRNUFactoryReset の ole

工場出荷前に、統合ボールの下に5セットのデフォルトPRNUパラメータを作成します。ユーザーの使用中にPRNU 0～PRNU 4に誤ったPRNUパラメータが誤って保存された場合、このコマンドを実行することで、5セットのデフォルトPRNUパラメータをPRNU 0～PRNU 4にコピーできます。

カメラの5つのPRNUはすべて工場で補正されています。キャリブレーション条件は、半満光で均一な光、伝送周波数=18000Hz、ビット深度とアナログゲインが異なります。具体的なパラメータは以下のとおりです。

PRNU0=12ビットアナログゲイン×2

PRNU1=12ビットアナログゲイン×8

PRNU2=10ビット-アナログゲイン×2

PRNU3=10ビット-アナログゲイン×8

PRNU4=10ビット-アナログゲイン×8

6)PRNUを実行する際にPRNUモードをオフに設定する必要がありますか？較正

画像を半分のフルサムに調整する場合は、PRNUGenerateコマンドを実行する前にPRNUモードをオフに設定する必要があります。

7)PRNU較正DSNUの後に作られる較正、DSNU機能がオンになっています

カメラ内部のPRNUアルゴリズムはDSNUアルゴリズムの後段にあるため、キャリブレーションではまずDSNUを補正し、次にPRNUを補正してからDSNU機能をオンにする必要があります。