[ DSNU ] – Ce este neuniformitatea semnalului întunecat (DSNU)?

DSNU se referă la variația semnalului de fundal al unei imagini de cameră atunci când senzorul nu intră în contact cu lumina (sau fotonii). Acesta indică cât de mult variază decalajele pixelilor pe senzor atunci când se capturează o imagine în întuneric complet.

DSNU devine deosebit de important în imagistica în condiții de lumină slabă, unde camera produce o imagine întunecată sau polarizată în absența luminii. În astfel de cazuri, valoarea offset a pixelilor poate varia, iar DSNU devine important, mai ales atunci când este comparabilă sau mai mare decât zgomotul de citire al camerei (de obicei 1-3e-).

 

1. De ce este importantă DSNU în imagistică

 

1) Imagistică în lumină slabă:

 

În absența luminii, senzorul unei camere produce un semnal care nu este zero, ci de obicei o valoare de offset (de exemplu, 100 de niveluri de gri). Acest offset este influențat de zgomotul electronic al camerei, dar pot exista variații ale valorilor offset de la un pixel la altul. Această variație a valorilor offset-ului pixelilor este denumită Zgomot de Model Fix, care apare din cauza inconsistenței semnalului întunecat al senzorului între pixeli.

 

2) Zgomot de tipar fix:

 

DSNU cuantifică variația independentă de timp a acestor valori de offset. Acesta oferă o măsură a consecvenței semnalului întunecat al senzorului pe diferiți pixeli.

 

2. DSNU și calitatea imaginii

 

1) Valori DSNU standard:

 

Pentru majoritatea camerelor de imagistică în condiții de lumină slabă, valorile DSNU sunt de obicei sub 0,5e- (electroni), ceea ce înseamnă că, în condiții de lumină medie sau puternică, contribuția DSNU la zgomot este neglijabilă.

 

2) Impactul asupra calității imaginii:

 

Pentru imagini cu număr mare de fotoni (de exemplu, sute sau mii de fotoni pe pixel), DSNU are un efect minim. Pentru aplicațiile în lumină slabă, DSNU rămâne semnificativ atunci când este comparabil cu sau depășește zgomotul de citire al camerei (de obicei 1-3e-), ceea ce poate afecta calitatea imaginii.

 

3. Limitări ale DSNU:

 

DSNU (Dark Signal Non-Uniformity - Neuniformitatea Semnalului Întunecat) este un instrument utilizat pentru cuantificarea zgomotului cu model fix, dar nu surprinde toate tipurile de zgomot cu model fix, cum ar fi zgomotul structurat (Fixed Pattern Noise - Zgomot de Model Fix) și zgomotul întunecat dependent de timp (Temporal Dark Noise).

 

1) Modele structurate și zgomot de coloană:

 

Zgomotul structurat, în special zgomotul de coloană, este un tip de zgomot cu model fix care apare atunci când anumiți pixeli sau grupuri de pixeli prezintă diferențe sistematice în semnalul lor întunecat (decalaje), de obicei aliniați de-a lungul unor coloane sau rânduri specifice. Acest zgomot apare într-un model structurat, mai degrabă decât într-un mod fluctuant aleatoriu.

 

2) Variații dependente de timp:

 

Zgomotul dependent de timp se referă la variațiile semnalului de întuneric al senzorului în timp, cauzate de factori precum fluctuațiile de temperatură, instabilitatea electronică sau îmbătrânirea senzorului. Aceste variații determină fluctuația valorilor de offset ale pixelilor de la o expunere la alta. DSNU măsoară zgomotul independent de timp, ceea ce înseamnă că nu ia în considerare aceste modificări ale valorilor de offset în timp. Pentru a observa variațiile dependente de timp, este necesară o secvență de imagini polarizate (imagini realizate fără lumină) capturate în timp pentru a detecta aceste fluctuații.

 

4. DSNU în aplicații practice

 

DSNU este neglijabil în imagistica în lumină puternică, deoarece semnalul fotonic este mult mai puternic decât orice variație a semnalului întunecat.

 

Pentru aplicații precum imagistica cuantică a unei singure molecule, imagistica cuantică și observațiile astronomice, camerele sunt necesare pentru a capta semnale luminoase extrem de slabe. Aceste semnale sunt de obicei la nivelul de 1-3 electroni (e-) sau chiar mai jos, astfel încât orice zgomot suplimentar (cum ar fi DSNU) poate afecta calitatea imaginii finale și poate reduce raportul semnal-zgomot (SNR). Acesta este motivul pentru care camerele științifice moderne de înaltă sensibilitate au capacități de corecție DSNU. Cu cât valoarea DSNU este mai mică, cu atât precizia cantitativă este mai mare.

 

Inspecția industrială modernă necesită o precizie din ce în ce mai mare, în special în industria semiconductorilor, unde cerințele cantitative pentru semnalele de defecte sunt comparabile cu cele din aplicațiile științifice de imagistică în lumină slabă. DSNU (Dark Signal Non-Uniformity - Neuniformitatea semnalului întunecat) este la fel de importantă în acest context. Articolul „De ce este importantă corecția DSNU/PRNU în inspecția semiconductorilor„oferă o explicație foarte detaliată.”