[PRNU] – Hva er fotorespons-ikke-uniformitet (PRNU)?

Fotorespons-ikke-uniformitet (PRNU) representerer ensartetheten i et kameras respons på lys, og er spesielt viktig i applikasjoner med mye lys. PRNU kvantifiserer variasjoner i forsterkningen – forholdet mellom detekterte fotoelektroner og den tilsvarende digitale gråskalaverdien (ADU) – over pikslene i en kamerasensor.

 

1. PRNU i avbildning

 

1) Grunnleggende konsept for PRNU

 

Når et kamera oppdager lys, fanger hver piksel et visst antall fotoelektroner under eksponering, som deretter konverteres til en digital gråtoneverdi (ADU) av analog-til-digital-omformeren (ADC). Denne konverteringen følger et forhold mellom ADU per elektron, kjent som konverteringsforsterkning, og en fast offset-verdi (vanligvis rundt 100 ADU). Disse verdiene bestemmes av ADC-en og forsterkeren som brukes til konverteringen.

 

CMOS-kameraer oppnår høy hastighet og lavt støynivå ved å operere parallelt, med én eller flere ADC-er per kolonne og én forsterker per piksel. Denne parallelle driften muliggjør rask databehandling, men kan introdusere små variasjoner i forsterknings- og forskyvningsverdier på tvers av piksler.

 

2) PRNU og fast mønsterstøy

 

PRNU representerer eventuelle variasjoner i forsterkningen (forholdet mellom elektroner og ADU) fra én piksel til en annen. Mens mørksignal-uuniformiteten (DSNU) representerer variasjoner i forskyvningsverdien (som resulterer i fast mønsterstøy i svakt lys), tar PRNU hensyn til variasjoner i selve forsterkningen. Disse variasjonene i forsterkning kan også forårsake fast mønsterstøy, men det er vanligvis mer merkbart ved høye lysnivåer.

 

2. PRNU og bildekvalitet

1) PRNU og avbildning i svakt lys

 

For avbildning i svakt og middels lys (der fotonsignalet er relativt svakt, vanligvis i området 1000e eller mindre), er PRNU-variasjonen generelt ubetydelig sammenlignet med andre støykilder, som lesestøy eller mørksignalstøy (DSNU). I disse scenariene har variasjonen i PRNU liten innvirkning på den generelle bildekvaliteten.

 

2) PRNU og høylysavbildning

 

I bruksområder for bildebehandling i høyt lys er effekten av PRNU på bildekvaliteten også minimal, spesielt når lysintensiteten er høy nok til at andre støykilder, som fotonskuddstøy, dominerer bildekvaliteten. I bruksområder som krever høy målepresisjon (f.eks. bildegjennomsnitts- eller bildesummeringsteknikker), kan imidlertid lav PRNU være gunstig for å sikre større nøyaktighet og redusere subtile inkonsekvenser i lysresponsen på tvers av sensoren.

 

3. Typiske PRNU-verdier

 

Typiske PRNU-verdier for de fleste CMOS-sensorer er vanligvis mindre enn 1 %. For bildebehandlingsapplikasjoner under forhold med lite og middels lys er variasjonen i PRNU vanligvis for liten til å påvirke bildet betydelig.

 

4. PRNU i praktiske anvendelser

 

PRNU er en viktig faktor i applikasjoner der målepresisjon er kritisk, for eksempel:

 

Vitenskapelig avbildningDer små variasjoner i lysnivåer kan påvirke resultatene.

 

Industrielle inspeksjoner:Der det kreves presise målinger, spesielt innen halvlederinspeksjon eller kvalitetskontroll. Artikkelen "Hvorfor DSNU/PRNU-korreksjon er viktig ved halvlederinspeksjon"forklarer betydningen av PRNU i praktiske anvendelser.

 

I disse tilfellene kan det å sikre en lav PRNU (mindre enn 1 %) bidra til å forbedre kvantitativ nøyaktighet og redusere støy fra faste mønstre, spesielt når man bruker teknikker som gjennomsnittsberegning av bildet eller summerte eksponeringer for å forbedre signalkvaliteten.