[DSNU] – O que é a não uniformidade do sinal escuro (DSNU)?

DSNU refere-se à variação no sinal de fundo de uma imagem de câmera quando nenhuma luz (ou fótons) incide sobre o sensor. Indica o quanto os deslocamentos dos pixels variam ao longo do sensor ao capturar uma imagem na escuridão total.

O DSNU torna-se particularmente importante em imagens com pouca luz, onde a câmera produz uma imagem escura ou enviesada na ausência de luz. Nesses casos, o valor de offset dos pixels pode variar, e o DSNU torna-se importante, especialmente quando é comparável ou maior que o ruído de leitura da câmera (tipicamente de 1 a 3e-).

 

1. Por que o DSNU é importante em imagens

 

1) Imagens em condições de baixa luminosidade:

 

Na ausência de luz, o sensor de uma câmera produz um sinal que não é zero, mas tipicamente um valor de deslocamento (por exemplo, 100 níveis de cinza). Esse deslocamento é influenciado pelo ruído eletrônico da câmera, mas pode haver variação nos valores de deslocamento de um pixel para outro. Essa variação nos valores de deslocamento dos pixels é chamada de Ruído de Padrão Fixo, que surge devido à inconsistência no sinal escuro do sensor entre os pixels.

 

2) Ruído de padrão fixo:

 

O DSNU quantifica a variação independente do tempo nesses valores de offset. Ele fornece uma medida da consistência do sinal escuro do sensor em diferentes pixels.

 

2. DSNU e Qualidade de Imagem

 

1) Valores DSNU padrão:

 

Para a maioria das câmeras de imagem com pouca luz, os valores de DSNU geralmente ficam abaixo de 0,5e- (elétrons), o que significa que, em condições de luminosidade média ou alta, a contribuição do DSNU para o ruído é insignificante.

 

2) Impacto na qualidade da imagem:

 

Para imagens com alta contagem de fótons (por exemplo, centenas ou milhares de fótons por pixel), o DSNU tem um efeito mínimo. Para aplicações com pouca luz, o DSNU permanece significativo quando é comparável ou superior ao ruído de leitura da câmera (tipicamente 1-3e-), o que pode afetar a qualidade da imagem.

 

3. Limitações do DSNU:

 

DSNU (Dark Signal Non-Uniformity) é uma ferramenta usada para quantificar ruído de padrão fixo, mas não captura todos os tipos de ruído de padrão fixo, como ruído estruturado (Fixed Pattern Noise) e ruído escuro dependente do tempo (Temporal Dark Noise).

 

1) Padrões estruturados e ruído de coluna:

 

O ruído de padrão estruturado, particularmente o ruído de coluna, é um tipo de ruído de padrão fixo que ocorre quando certos pixels ou grupos de pixels exibem diferenças sistemáticas em seu sinal escuro (deslocamentos), tipicamente alinhadas ao longo de colunas ou linhas específicas. Esse ruído aparece em um padrão estruturado em vez de flutuações aleatórias.

 

2) Variações dependentes do tempo:

 

Ruído dependente do tempo refere-se a variações no sinal escuro do sensor ao longo do tempo, causadas por fatores como flutuações de temperatura, instabilidade eletrônica ou envelhecimento do sensor. Essas variações fazem com que os valores de offset dos pixels flutuem de uma exposição para outra. O DSNU mede ruído independente do tempo, o que significa que não leva em consideração essas mudanças nos valores de offset ao longo do tempo. Para observar variações dependentes do tempo, é necessária uma sequência de imagens de bias (imagens capturadas sem luz) obtidas ao longo do tempo para detectar essas flutuações.

 

4. DSNU em Aplicações Práticas

 

O DSNU é insignificante em imagens com alta luminosidade, uma vez que o sinal de fótons é muito mais forte do que qualquer variação do sinal escuro.

 

Para aplicações como imagens de moléculas individuais, imagens quânticas e observações astronômicas, as câmeras precisam capturar sinais de luz extremamente fracos. Esses sinais geralmente estão no nível de 1 a 3 elétrons (e-) ou até mesmo em níveis inferiores, portanto, qualquer ruído adicional (como o DSNU) pode afetar a qualidade da imagem final e reduzir a relação sinal-ruído (SNR). É por isso que as câmeras científicas modernas de alta sensibilidade possuem recursos de correção de DSNU. Quanto menor o valor de DSNU, maior a precisão quantitativa.

 

A inspeção industrial moderna exige precisão cada vez maior, especialmente na indústria de semicondutores, onde os requisitos quantitativos para sinais de defeito são comparáveis ​​aos de aplicações científicas de imagem com baixa luminosidade. A DSNU (Não Uniformidade do Sinal Escuro) é igualmente importante nesse contexto. O artigo "Por que a correção DSNU/PRNU é importante na inspeção de semicondutores"Fornece uma explicação muito detalhada."