25/09/11Amin'ny rafitra fandrefesana rehetra — manomboka amin'ny fifandraisana an-tariby mankany amin'ny sary nomerika — ny tahan'ny signal-to-noise (SNR) dia mari-pamantarana fototra amin'ny kalitao. Na mamakafaka sary amin'ny teleskaopy ianao, na manatsara ny firaketana mikrô, na mamaha olana amin'ny rohy tsy misy tariby, SNR dia milaza aminao ny habetsahan'ny fampahalalana mahasoa miavaka amin'ny tabataba tsy ilaina.
Saingy tsy mora foana ny kajy SNR. Miankina amin'ny rafitra, mety mila dinihina ny anton-javatra fanampiny toy ny onjan'ny maizina, ny tabataba mamaky, na ny fametahana piksel. Ity torolalana ity dia mitondra anao amin'ny teoria, raikipohy fototra, lesoka mahazatra, fampiharana ary fomba azo ampiharina hanatsarana ny SNR, manome antoka fa azonao ampiharina tsara amin'ny toe-javatra maro isan-karazany.
Inona no atao hoe Signal-to-Noise Ratio (SNR)?
Amin'ny fotony, ny tahan'ny signal-to-noise dia mandrefy ny fifandraisana misy eo amin'ny tanjaky ny mari-pamantarana irina sy ny tabataba ambadika izay manaloka azy.
● Signal = ny fampahalalana manan-danja (oh: feo amin'ny antso, kintana amin'ny sary teleskaopy).
● Rivotra = fiovaovan'ny kisendrasendra, tsy ilaina izay manimba na manafina ny famantarana (oh: static, tabataba sensor, interference elektrika).
Amin'ny matematika, ny SNR dia voafaritra ho:
Satria ireo tahan'ny ireo dia mety miovaova amin'ny lamina maro, ny SNR dia matetika aseho amin'ny decibels (dB):
● SNR avo (oh: 40 dB): mibahan-toerana ny famantarana, ka manome vaovao mazava sy azo antoka.
● SNR ambany (oh: 5 dB): manenika ny famantarana ny tabataba, ka sarotra ny fandikana.
Ahoana ny fomba kajy SNR
Ny kajy ny tahan'ny signal-to-noise dia azo atao amin'ny ambaratonga samihafa amin'ny fahitsiana arakaraky ny loharanon'ny tabataba ampidirina. Amin'ity fizarana ity dia misy endrika roa hampidirina: ny iray mitantara ny fisian'ny maizina ary ny iray mihevitra fa azo atao tsinontsinona izany.
Fanamarihana: Ny fampidirana ny soatoavin'ny tabataba mahaleo tena dia mila ampiana azy ireo amin'ny quadrature. Ny loharanon'ny tabataba tsirairay dia atao efamira, fintinina ary alaina ny fakany efamira amin'ny fitambarany.
Ny tahan'ny signal-to-noise miaraka amin'ny ankehitriny maizina
Ity manaraka ity dia ny fampitoviana ampiasaina amin'ny toe-javatra misy ny tabataba maizina amin'izao fotoana izao ka mila ampidirina:
Ity ny famaritana ny teny:
Signal (e-): Ity no famantarana mahaliana amin'ny photoelectrons, miaraka amin'ny fambara maizina ankehitriny
Ny famantarana Total (e-) dia ny isan'ny photoelectron ao amin'ny piksela mahaliana - fa tsy ny sandan'ny piksel amin'ny isa amin'ny ambaratonga volondavenona. Ny tranga faharoa amin'ny Signal (e-), eo amin'ny faran'ny equation, dia ny tabataban'ny photonshot.
Maizina ankehitriny (DC):Ny sandan'ny maizina ankehitriny ho an'io piksel io.
t: Fotoana fampiratiana ao anatin'ny segondra
σr:Vakio ny tabataba amin'ny fomba fakan-tsary.
Ny tahan'ny signal-to-noise ho an'ny riandrano maizina tsy dia misy dikany
Amin'ny tranga fohy (<1 segondra) ny fotoana fampandrenesana, miampy fakan-tsary mangatsiatsiaka, avo lenta, ny tabataba maizina amin'ny ankapobeny dia ho ambany noho ny tabataba mamaky, ary tsy voakarakara.
Raha ny teny dia indray araka ny voafaritra etsy ambony, afa-tsy ny maizina famantarana ankehitriny dia tsy mila kajy sy esorina amin'ny famantarana fa tokony mitovy aotra.
Famerana ireo raikipohy sy teny tsy hita
Ny formulas mifanohitra dia hanome valiny marina ho an'ny CCD syCMOS fakan-tsary. Ny EMCCD sy ny fitaovana nohavaozina dia mampiditra loharanon-tabataba fanampiny, ka tsy azo ampiasaina ireo fampitoviana ireo. Ho an'ny fampitoviana signal-to-noise feno kokoa izay mitantara ireo sy ny fandraisana anjara hafa.
Ny teny tabataba hafa izay (na taloha) izay matetika tafiditra ao amin'ny equations SNR dia ny tsy fitoviana amin'ny valin'ny sary (PRNU), ary indraindray misy soratra hoe 'fixed pattern noise' (FPN). Izany dia maneho ny tsy fitoviana amin'ny tombony sy ny valin'ny famantarana manerana ny sensor, izay mety ho manjaka amin'ny famantarana avo raha toa ka lehibe, mampihena ny SNR.
Raha ny fakan-tsary tany am-boalohany dia nanana PRNU ampy nitaky ny fampidirana azy, ny maoderina indrindrafakan-tsary siantifikamanana PRNU ambany ampy mba hahatonga ny anjara birikiny ambany noho ny feon'ny tifitra photon, indrindra rehefa misy fanitsiana eo amin'ny solaitrabe. Amin'izao fotoana izao, dia matetika atao tsinontsinona amin'ny kajy SNR. Na izany aza, ny PRNU dia mbola manan-danja amin'ny fakantsary sy fampiharana sasany, ary tafiditra ao anatin'ny equation SNR mandroso kokoa ho an'ny fahafenoana. Midika izany fa ilaina ho an'ny ankamaroan'ny rafitra CCD/CMOS ny fampitoviana omena saingy tsy tokony horaisina ho azo ampiharina amin'ny rehetra.
Karazana tabataba amin'ny kajy SNR
Ny fanaovana kajy SNR dia tsy vitan'ny fampitahana famantarana amin'ny sandan'ny feo tokana. Amin'ny fampiharana, loharano maro tsy miankina no mandray anjara, ary ilaina ny mahatakatra azy ireo.
Noise voatifitra
● Fiaviana: tonga amin'ny statistika ny fotona na elektrôna.
● Mizana miaraka amin'ny fototeny efamira amin'ny famantarana.
● Manjakazaka amin'ny sary voafetra amin'ny foton (astronomie, microscopy fluorescence).
Thermal Noise
● Antsoina koa hoe tabataba Johnson–Nyquist izy io, vokarin'ny fihetsehan'ny elektrôna ao anaty fanoherana.
● Mitombo miaraka amin'ny hafanana sy ny bandwidth.
● Zava-dehibe amin'ny fifandraisana elektronika sy tsy misy tariby.
Dark Current Noise
● Fiovaovan'ny kisendrasendra amin'ny tondra-drano maizina ao anatin'ny sensor.
● Manan-danja kokoa amin'ny famirapiratana lava na detecteur mafana.
● Ahena amin'ny fampangatsiahana ny sensor.
Vakio ny Noise
● Feo avy amin'ny fanamafisam-peo sy ny fiovam-po analogue-to-digital.
● Namboarina isaky ny famakiana, tena manan-danja amin'ny fitondrana famantarana ambany.
Quantization Noise
● Ampidirina amin'ny alalan'ny nomerika (fahodidinana amin'ny ambaratonga samihafa).
● Zava-dehibe amin'ny rafitra ambany-bit-depth (oh: feo 8-bit).
Feon'ny tontolo iainana/rafitra
● EMI, crosstalk, ripple famatsiana herinaratra.
● Afaka mibahana raha tsy ampy ny fiarovana/fototra.
Ny fahafantarana hoe iza amin'ireo no lehibe indrindra dia manampy amin'ny fisafidianana ny raikipohy tsara sy ny fomba fanalefahana.
Fahadisoana mahazatra amin'ny kajy SNR
Mora ny mahita fomba 'shortcut' maro hanombantombanana ny tahan'ny signal-to-noise amin'ny sary. Ireo dia mirona ho saro-takarina kokoa noho ireo equations mifanohitra, mamela mora kokoa ny fakana sary avy amin'ny sary iray fa tsy mila fahalalana ny mari-pamantarana fakantsary toy ny tabataba mamaky, na izy roa. Indrisy anefa fa ny tsirairay amin'ireo fomba ireo dia tsy mety, ary hitarika ho amin'ny vokatra mitongilana sy tsy mahasoa. Ampirisihina mafy fa ny fampitoviana mifanohitra (na ny dikan-teny mandroso dia tokony hampiasaina amin'ny tranga rehetra.
Ny sasany amin'ireo hitsin-dàlana diso mahazatra indrindra dia ahitana:
1, Mampitaha ny hamafin'ny famantarana vs ny hamafin'ny fototra, amin'ny ambaratonga volondavenona. Ity fomba ity dia manandrana mitsara ny fahatsapan'ny fakantsary, ny tanjaky ny famantarana na ny tahan'ny famantarana amin'ny tabataba amin'ny fampitahana ny hamafin'ny tampony amin'ny hamafin'ny ambadika. Tena lesoka ity fomba fiasa ity satria ny fitaoman'ny offset fakan-tsary dia afaka mametraka tsinontsinona ny hamafin'ny background, ny tombony dia afaka mametraka tsinontsinona ny hamafin'ny famantarana, ary tsy misy fandraisana anjaran'ny tabataba na amin'ny famantarana na ambadika.
2, Fizarana tampon'isan'ny famantarana amin'ny alàlan'ny fivilian-dàlana mahazatra amin'ny faritra misy piksela. Na, fampitahana ny sanda ambony indrindra amin'ny tabataba hita ao ambadika asehon'ny mombamomba ny tsipika. Raha heverina fa esorina tsara amin'ny soatoavina alohan'ny fizarana ny offset, ny loza lehibe indrindra amin'ity fomba ity dia ny fisian'ny hazavana ambadika. Ny hazavana ambadika rehetra dia manjaka amin'ny tabataba amin'ny piksela ambadika. Ankoatr'izay, ny tabataba ao amin'ny famantarana mahaliana, toy ny tabataba voatifitra, dia tsy heverina mihitsy.
3, Ny famantarana famantarana amin'ny piksela mahaliana vs ny fivilian-dàlana mahazatra amin'ny soatoavina piksel: Mampitaha na mandinika ny fiovan'ny mari-pamantarana ambony amin'ny pikantsary mifanakaiky na ny frame mifanesy dia manakaiky kokoa ny marina noho ny fomba hitsin-dàlana hafa, saingy tsy azo atao ny misoroka ny fitaomana hafa manimba ny soatoavina, toy ny fiovan'ny famantarana tsy avy amin'ny tabataba. Ity fomba ity dia mety tsy marina ihany koa noho ny isa ambany piksel amin'ny fampitahana. Tsy tokony hohadinoina koa ny fanalana ny sanda offset.
4, Ny fanaovana kajy SNR nefa tsy miova ho an'ny herin'ny photoelectrons, na tsy manala ny offset: Satria ny tabataba voatifitra dia mazàna no loharanon-tabataba lehibe indrindra ary miankina amin'ny fahalalana ny offset sy ny tombony ho an'ny fakan-tsary, dia tsy azo atao ny misoroka ny kajy miverina amin'ny photoelectrons amin'ny kajy SNR.
5. Mitsara SNR amin'ny maso: Na dia mety ilaina aza ny mitsara na mampitaha ny SNR amin'ny maso amin'ny toe-javatra sasany, dia misy ihany koa ny fandrika tsy ampoizina. Mety ho sarotra kokoa ny mitsara ny SNR amin'ny piksela sandany kokoa noho ny amin'ny sanda ambany kokoa na piksela ambadika. Mety hisy fiantraikany amin'ny saro-takarina ihany koa: Ohatra, ny mpanara-maso solosaina samihafa dia afaka mamoaka sary miaraka amin'ny fifanoherana tena samihafa. Fanampin'izany, ny fampisehoana sary amin'ny haavon'ny zoom samihafa amin'ny rindrambaiko dia mety hisy fiantraikany lehibe amin'ny fisehon'ny tabataba. Olana indrindra izany raha manandrana mampitaha fakan-tsary amin'ny haben'ny pixel habaka samihafa. Farany, ny fisian'ny hazavana ambadika dia afaka manafoana ny fikasana hitsara SNR amin'ny maso.
Ireo singa mifandraika amin'ny SNR
SNR dia metrika manerantany misy fampiharana midadasika:
● Fandraketam-peo sy Mozika: Mamaritra mazava tsara, midadasika, ary mahatoky ny fandraisam-peo.
● Fifandraisana tsy misy tariby: Ny SNR dia mifandray mivantana amin'ny tahan'ny hadisoana kely (BER) sy ny fidiran'ny angona.
● sary siantifika: Amin'ny astronomia, mila SNR avo lenta ny fahitana kintana manjavozavo manoloana ny famirapiratry ny lanitra.
● Fitaovana ara-pitsaboana: Ny ECG, ny MRI, ary ny CT dia miankina amin'ny SNR avo lenta mba hanavahana ny famantarana amin'ny tabataba ara-batana.
● Cameras & Photography: Samy mampiasa SNR ny fakantsarin'ny mpanjifa sy ny sensor CMOS siantifika mba hamaritana ny fahombiazan'ny hazavana ambany.
Fanatsarana ny SNR
Koa satria fepetra manan-danja toy izany ny SNR, dia misy ezaka lehibe atao amin'ny fanatsarana izany. Ny paikady dia ahitana:
Hardware Approachs
● Mampiasà sensor tsara kokoa miaraka amin'ny tondra-drano maizina ambany kokoa.
● Ampiharo shielding sy grounding mba hampihenana ny EMI.
● Detector mangatsiatsiaka mba hanesorana ny tabataba mafana.
Software Approachs
● Ampiharo sivana nomerika mba hanesorana matetika tsy ilaina.
● Ampiasao ny salan'isa amin'ny sary maromaro.
● Mampiasà algorithm fampihenana ny feo amin'ny sary na fanodinana feo.
Pixel Binning sy ny fiantraikany amin'ny SNR
Miankina amin'ny teknôlôjian'ny fakan-tsary sy ny fihetsiky ny sensor ny fiantraikan'ny binning amin'ny tahan'ny signal-to-noise, satria mety hiovaova be ny fiasan'ny tabataban'ny fakan-tsary voafandrika sy tsy voafafa.
Ny fakantsarin'ny CCD dia afaka mamintina ny fiampangana 'on-chip' eo akaikin'ny piksel. Indray mandeha ihany ny feon'ny famakiana, na dia ho fintinina ihany koa ny famantarana ankehitriny maizina avy amin'ny piksel tsirairay.
Ny ankamaroan'ny fakan-tsarimihetsika CMOS dia manao binning off-chip, izay midika fa ny soatoavina dia refesina voalohany (ary ampidirina ny tabataba), ary avy eo atambatra amin'ny nomerika. Mitombo ny tabataba vakiana ho an'ny famintinana toy izany na dia ampitomboina amin'ny fakan-tsarimihetsika amin'ny isan'ny piksela voafintina, izany hoe amin'ny 2 ho an'ny binning 2x2.
Satria mety ho sarotra ny fihetsiky ny sensor, ho an'ny fampiharana fatra dia tsara ny mandrefy ny offset, mahazo ary mamaky ny feon'ny fakantsary amin'ny fomba binned, ary ampiasao ireo soatoavina ireo ho an'ny fampitoviana signal-to-noise.
Famaranana
Ny tahan'ny signal-to-noise (SNR) dia iray amin'ireo metrika manan-danja indrindra amin'ny siansa, injeniera ary teknolojia. Avy amin'ny famaritana mazava amin'ny antso an-telefaona ka hatramin'ny fahafahana mamantatra ny vahindanitra lavitra, ny SNR dia manohana ny kalitaon'ny fandrefesana sy ny rafi-pifandraisana. Ny fifehezana ny SNR dia tsy momba ny fitadidiana raikipohy fotsiny - momba ny fahatakarana ny vinavina, ny fetra ary ny fifanakalozam-barotra tena izy. Avy amin'io fomba fijery io, ny injeniera sy ny mpikaroka dia afaka manao fandrefesana azo antoka kokoa sy rafitra famolavolana izay maka hevitra manan-danja na dia ao anatin'ny toe-javatra mitabataba aza.
Te hianatra bebe kokoa? Jereo ny lahatsoratra mifandraika amin'izany:
Tucsen Photonics Co., Ltd. Zo rehetra voatokana. Rehefa mitanisa dia ekeo ny loharano:www.tucsen.com
