[PRNU] – O que é a não uniformidade da resposta à luz (PRNU)?

A não uniformidade da resposta fotográfica (PRNU, na sigla em inglês) representa a uniformidade da resposta de uma câmera à luz e é particularmente importante em aplicações com alta luminosidade. A PRNU quantifica as variações no ganho — a razão entre os fotoelétrons detectados e o valor de escala de cinza digital correspondente (ADU, na sigla em inglês) — nos pixels de um sensor de câmera.

 

1. PRNU em Imagem

 

1) Conceito básico de PRNU

 

Quando uma câmera detecta luz, cada pixel captura um certo número de fotoelétrons durante a exposição, que são então convertidos em um valor digital de escala de cinza (ADU) pelo conversor analógico-digital (ADC). Essa conversão segue uma relação de ADU por elétron, conhecida como ganho de conversão, e um valor de offset fixo (tipicamente em torno de 100 ADU). Esses valores são determinados pelo ADC e pelo amplificador usado para a conversão.

 

As câmeras CMOS alcançam alto desempenho em velocidade e baixo ruído operando em paralelo, com um ou mais conversores analógico-digitais (ADCs) por coluna e um amplificador por pixel. Essa operação paralela permite o processamento rápido de dados, mas pode introduzir pequenas variações nos valores de ganho e offset entre os pixels.

 

2) PRNU e Ruído de Padrão Fixo

 

O PRNU representa quaisquer variações no ganho (a razão entre elétrons e ADU) de um pixel para outro. Enquanto a não uniformidade do sinal escuro (DSNU) representa variações no valor de offset (resultando em ruído de padrão fixo em condições de baixa luminosidade), o PRNU contabiliza variações no próprio ganho. Essas variações no ganho também podem causar ruído de padrão fixo, mas geralmente são mais perceptíveis em níveis de alta luminosidade.

 

2. PRNU e Qualidade da Imagem

1) PRNU e Imagens com Pouca Luz

 

Para imagens com baixa e média luminosidade (onde o sinal de fótons é relativamente fraco, tipicamente na faixa de 1000 elétrons ou menos), a variação do PRNU é geralmente insignificante em comparação com outras fontes de ruído, como ruído de leitura ou ruído de sinal escuro (DSNU). Nesses cenários, a variação do PRNU tem pouco impacto na qualidade geral da imagem.

 

2) PRNU e Imagens de Alta Luminosidade

 

Em aplicações de imagem com alta luminosidade, o impacto do PRNU na qualidade da imagem também é mínimo, especialmente quando a intensidade da luz é alta o suficiente para que outras fontes de ruído, como o ruído de disparo de fótons, dominem a qualidade da imagem. No entanto, em aplicações que exigem alta precisão de medição (por exemplo, técnicas de média ou soma de quadros), um PRNU baixo pode ser benéfico para garantir maior precisão e reduzir pequenas inconsistências na resposta à luz em todo o sensor.

 

3. Valores típicos de PRNU

 

Os valores típicos de PRNU para a maioria dos sensores CMOS são geralmente inferiores a 1%. Para aplicações de imagem em condições de baixa e média luminosidade, a variação no PRNU geralmente é muito pequena para afetar significativamente a imagem.

 

4. PRNU em Aplicações Práticas

 

O PRNU é um fator importante em aplicações onde a precisão da medição é crítica, tais como:

 

Imagens científicasOnde pequenas variações nos níveis de luz podem afetar os resultados.

 

Inspeções industriais:Onde são necessárias medições precisas, particularmente na inspeção de semicondutores ou no controle de qualidade. O artigo "Por que a correção DSNU/PRNU é importante na inspeção de semicondutores"Explica a importância do PRNU em aplicações práticas."

 

Nesses casos, garantir um PRNU baixo (inferior a 1%) pode ajudar a melhorar a precisão quantitativa e reduzir o ruído de padrão fixo, especialmente ao usar técnicas como média de quadros ou soma de exposições para aprimorar a qualidade do sinal.