2022/04/29Foto-respons-niet-uniformiteit (PRNU) vertegenwoordigt de uniformiteit van de respons van een camera op licht en is met name belangrijk bij toepassingen met veel licht. PRNU kwantificeert variaties in de versterking – de verhouding tussen gedetecteerde foto-elektronen en de corresponderende digitale grijswaarde (ADU) – over de pixels in een camerasensor.
1. PRNU in beeldvorming
1) Basisconcept van PRNU
Wanneer een camera licht detecteert, vangt elke pixel tijdens de belichting een bepaald aantal foto-elektronen op. Deze foto-elektronen worden vervolgens door de analoog-digitaalomzetter (ADC) omgezet in een digitale grijswaarde (ADU). Deze omzetting volgt een verhouding van ADU per elektron, bekend als de conversieversterking, en een vaste offsetwaarde (doorgaans rond de 100 ADU). Deze waarden worden bepaald door de ADC en de versterker die voor de omzetting wordt gebruikt.
CMOS-camera's bereiken hoge snelheden en een lage ruis door parallel te werken, met één of meer ADC's per kolom en één versterker per pixel. Deze parallelle werking maakt snelle gegevensverwerking mogelijk, maar kan kleine variaties in versterkings- en offsetwaarden tussen pixels introduceren.
2) PRNU en vaste patroonruis
De PRNU vertegenwoordigt alle variaties in de versterking (de verhouding tussen elektronen en ADU) van de ene pixel tot de andere. Terwijl de niet-uniformiteit van het donkere signaal (DSNU) variaties in de offsetwaarde weergeeft (wat resulteert in vaste patroonruis bij weinig licht), houdt de PRNU rekening met variaties in de versterking zelf. Deze variaties in versterking kunnen ook vaste patroonruis veroorzaken, maar zijn doorgaans beter zichtbaar bij hoge lichtniveaus.
2. PRNU en beeldkwaliteit
1) PRNU en beeldvorming bij weinig licht
Bij beeldvorming met weinig tot gemiddeld licht (waarbij het fotonensignaal relatief zwak is, doorgaans in de orde van 1000e of minder), is de variatie in PRNU over het algemeen verwaarloosbaar in vergelijking met andere ruisbronnen, zoals uitleesruis of donkersignaalruis (DSNU). In deze scenario's heeft de variatie in PRNU weinig invloed op de algehele beeldkwaliteit.
2) PRNU en High-Light Imaging
Bij beeldvorming met veel licht is de impact van PRNU op de beeldkwaliteit minimaal, vooral wanneer de lichtintensiteit hoog genoeg is dat andere ruisbronnen, zoals fotonschotruis, de beeldkwaliteit domineren. Bij toepassingen die een hoge meetnauwkeurigheid vereisen (bijvoorbeeld frame-averaging of frame-summing technieken) kan een lage PRNU echter gunstig zijn om een grotere nauwkeurigheid te garanderen en subtiele inconsistenties in de lichtrespons over de sensor te verminderen.
3. Typische PRNU-waarden
De typische PRNU-waarden voor de meeste CMOS-sensoren liggen doorgaans onder de 1%. Voor beeldvormingstoepassingen bij weinig tot gemiddeld licht is de variatie in PRNU meestal te klein om het beeld significant te beïnvloeden.
4. PRNU in praktische toepassingen
PRNU is een belangrijke factor in toepassingen waar meetnauwkeurigheid cruciaal is, zoals:
Wetenschappelijke beeldvorming: Waar kleine variaties in lichtniveaus de resultaten kunnen beïnvloeden.
Industriële inspecties:Waar nauwkeurige metingen vereist zijn, met name bij inspectie of kwaliteitscontrole van halfgeleiders. Het artikel "Waarom DSNU/PRNU-correctie belangrijk is bij halfgeleiderinspectie" legt de betekenis van PRNU in praktische toepassingen uit.
In deze gevallen kan het garanderen van een lage PRNU (minder dan 1%) helpen om de kwantitatieve nauwkeurigheid te verbeteren en vaste patroonruis te verminderen, vooral bij het gebruik van technieken zoals frame-averaging of het optellen van belichtingen om de signaalkwaliteit te verbeteren.
