2022/04/29Nierównomierność fotoreakcji (PRNU) odzwierciedla równomierność reakcji aparatu na światło i jest szczególnie istotna w zastosowaniach wymagających dużego oświetlenia. PRNU określa ilościowo zmiany wzmocnienia – stosunku wykrytych fotoelektronów do odpowiadającej im wartości cyfrowej skali szarości (ADU) – w pikselach matrycy aparatu.
1. PRNU w obrazowaniu
1) Podstawowa koncepcja PRNU
Gdy aparat wykryje światło, każdy piksel rejestruje określoną liczbę fotoelektronów podczas ekspozycji, która następnie jest konwertowana na cyfrową wartość skali szarości (ADU) przez przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC). Konwersja ta odbywa się na podstawie stosunku ADU do elektronu, znanego jako wzmocnienie konwersji, oraz stałej wartości przesunięcia (zwykle około 100 ADU). Wartości te są określane przez przetwornik ADC i wzmacniacz używany do konwersji.
Kamery CMOS osiągają wysoką prędkość i niski poziom szumów dzięki pracy równoległej, z jednym lub większą liczbą przetworników analogowo-cyfrowych (ADC) na kolumnę i jednym wzmacniaczem na piksel. Ta praca równoległa umożliwia szybkie przetwarzanie danych, ale może powodować niewielkie różnice w wartościach wzmocnienia i przesunięcia między pikselami.
2) PRNU i stały szum wzorcowy
PRNU reprezentuje wszelkie zmiany wzmocnienia (stosunek elektronów do ADU) między pikselami. Podczas gdy nierównomierność ciemnego sygnału (DSNU) reprezentuje zmiany wartości przesunięcia (powodujące stały szum wzorcowy przy słabym oświetleniu), PRNU uwzględnia zmiany samego wzmocnienia. Te zmiany wzmocnienia mogą również powodować stały szum wzorcowy, ale zazwyczaj jest on bardziej zauważalny przy wysokim poziomie oświetlenia.
2. PRNU i jakość obrazu
1) PRNU i obrazowanie przy słabym oświetleniu
W przypadku obrazowania przy słabym i średnim oświetleniu (gdzie sygnał fotonowy jest stosunkowo słaby, zazwyczaj w zakresie 1000 μm lub mniejszym), zmienność PRNU jest zasadniczo nieznaczna w porównaniu z innymi źródłami szumu, takimi jak szum odczytu lub szum sygnału ciemnego (DSNU). W takich scenariuszach zmienność PRNU ma niewielki wpływ na ogólną jakość obrazu.
2) PRNU i obrazowanie światłem o wysokiej intensywności
W zastosowaniach obrazowania o dużym natężeniu światła wpływ PRNU na jakość obrazu jest również minimalny, zwłaszcza gdy natężenie światła jest na tyle wysokie, że inne źródła szumu, takie jak szum śrutowy fotonów, dominują nad jakością obrazu. Jednak w zastosowaniach wymagających wysokiej precyzji pomiaru (np. techniki uśredniania lub sumowania klatek), niski PRNU może być korzystny, zapewniając większą dokładność i redukując subtelne niespójności w reakcji świetlnej na czujniku.
3. Typowe wartości PRNU
Typowe wartości PRNU dla większości czujników CMOS wynoszą zazwyczaj mniej niż 1%. W zastosowaniach obrazowania w warunkach słabego i średniego oświetlenia wahania wartości PRNU są zazwyczaj zbyt małe, aby znacząco wpłynąć na obraz.
4. PRNU w zastosowaniach praktycznych
PRNU jest ważnym czynnikiem w zastosowaniach, w których precyzja pomiaru ma kluczowe znaczenie, takich jak:
Obrazowanie naukowe:Gdzie niewielkie zmiany poziomu oświetlenia mogą mieć wpływ na wyniki.
Inspekcje przemysłowe:W przypadku, gdy wymagane są precyzyjne pomiary, szczególnie w inspekcji półprzewodników lub kontroli jakości. Artykuł „Dlaczego korekta DSNU/PRNU ma znaczenie w inspekcji półprzewodników„wyjaśnia znaczenie PRNU w zastosowaniach praktycznych.
W takich przypadkach zapewnienie niskiego wskaźnika PRNU (poniżej 1%) może pomóc w zwiększeniu dokładności ilościowej i zmniejszeniu szumu wzorca stałego, zwłaszcza w przypadku stosowania technik takich jak uśrednianie klatek lub sumowanie ekspozycji w celu poprawy jakości sygnału.
