22-04-2022DSNU verwijst naar de variatie in het achtergrondsignaal van een camerabeeld wanneer er geen licht (of fotonen) op de sensor valt. Het geeft aan hoeveel de pixelverschuivingen over de sensor variëren bij het vastleggen van een beeld in volledige duisternis.
DSNU is met name belangrijk bij beeldvorming in omstandigheden met weinig licht, waarbij de camera een donker of vertekend beeld produceert bij afwezigheid van licht. In dergelijke gevallen kan de offsetwaarde van pixels variëren, en wordt DSNU belangrijk, vooral wanneer deze vergelijkbaar is met of groter is dan de uitleesruis van de camera (doorgaans 1-3e-).
1. Waarom DSNU belangrijk is bij beeldvorming
1) Beeldvorming bij weinig licht:
Bij afwezigheid van licht produceert de sensor van een camera een signaal dat niet nul is, maar doorgaans een offsetwaarde (bijvoorbeeld 100 grijstinten). Deze offset wordt beïnvloed door de elektronische ruis van de camera, maar er kan variatie zijn in de offsetwaarden van pixel tot pixel. Deze variatie in pixeloffsetwaarden wordt Fixed Pattern Noise genoemd en ontstaat door inconsistentie in het donkere signaal van de sensor over de pixels heen.
2) Vast patroonruis:
DSNU kwantificeert de tijdsafhankelijke variatie in deze offsetwaarden. Het geeft een maatstaf voor hoe consistent het donkere signaal van de sensor is over verschillende pixels.
2. DSNU en beeldkwaliteit
1) Standaard DSNU-waarden:
Voor de meeste camera's die opnamen maken bij weinig licht, liggen de DSNU-waarden meestal onder de 0,5e- (elektronen), wat betekent dat bij gemiddelde of hoge lichtomstandigheden de bijdrage van DSNU aan de ruis verwaarloosbaar is.
2) Impact op de beeldkwaliteit:
Bij beelden met een hoog aantal fotonen (bijvoorbeeld honderden of duizenden fotonen per pixel) heeft DSNU een minimaal effect. Bij toepassingen met weinig licht blijft DSNU echter significant wanneer het vergelijkbaar is met of groter is dan de uitleesruis van de camera (doorgaans 1-3e-), wat de beeldkwaliteit kan beïnvloeden.
3. Beperkingen van DSNU:
DSNU (Dark Signal Non-Uniformity) is een hulpmiddel om ruis met een vast patroon te kwantificeren, maar het omvat niet alle soorten ruis met een vast patroon, zoals gestructureerde ruis (Fixed Pattern Noise) en tijdsafhankelijke donkere ruis (Temporal Dark Noise).
1) Gestructureerde patronen en kolomruis:
Gestructureerde patroonruis, met name kolomruis, is een type ruis met een vast patroon dat optreedt wanneer bepaalde pixels of groepen pixels systematische verschillen vertonen in hun donkere signaal (offsets), meestal uitgelijnd langs specifieke kolommen of rijen. Deze ruis verschijnt in een gestructureerd patroon in plaats van willekeurige fluctuaties.
2) Tijdsafhankelijke variaties:
Tijdsafhankelijke ruis verwijst naar variaties in het donkere signaal van de sensor in de loop van de tijd, veroorzaakt door factoren zoals temperatuurschommelingen, elektronische instabiliteit of veroudering van de sensor. Deze variaties zorgen ervoor dat de offsetwaarden van pixels fluctueren van de ene opname naar de andere. DSNU meet tijdsafhankelijke ruis, wat betekent dat er geen rekening wordt gehouden met deze veranderingen in offsetwaarden in de loop van de tijd. Om tijdsafhankelijke variaties te observeren, is een reeks bias-opnamen (opnamen zonder licht) die over een bepaalde periode zijn gemaakt, nodig om deze fluctuaties te detecteren.
4. DSNU in praktische toepassingen
DSNU is verwaarloosbaar bij beeldvorming met hoge lichtintensiteit, omdat het fotonsignaal veel sterker is dan elke variatie in het donkere signaal.
Voor toepassingen zoals beeldvorming van afzonderlijke moleculen, kwantumbeeldvorming en astronomische waarnemingen, moeten camera's extreem zwakke lichtsignalen kunnen vastleggen. Deze signalen bevinden zich doorgaans in het 1-3 elektronenniveau (e-) of zelfs lager, waardoor extra ruis (zoals DSNU) de kwaliteit van het uiteindelijke beeld kan beïnvloeden en de signaal-ruisverhouding (SNR) kan verlagen. Daarom beschikken moderne, zeer gevoelige wetenschappelijke camera's over DSNU-correctiemogelijkheden. Hoe lager de DSNU-waarde, hoe hoger de kwantitatieve nauwkeurigheid.
Moderne industriële inspectie vereist steeds hogere precisie, vooral in de halfgeleiderindustrie, waar de kwantitatieve eisen voor defectsignalen vergelijkbaar zijn met die in wetenschappelijke beeldvormingstoepassingen bij weinig licht. DSNU (Dark Signal Non-Uniformity) is in deze context eveneens van groot belang. Het artikel "Waarom DSNU/PRNU-correctie belangrijk is bij halfgeleiderinspectie" geeft een zeer gedetailleerde uitleg.
