[PRNU] – Что такое неравномерность фотоотклика (PRNU)?

Неравномерность фотоотклика (PRNU) отражает равномерность отклика камеры на свет и особенно важна в условиях высокой освещенности. PRNU количественно определяет вариации коэффициента усиления — отношения количества обнаруженных фотоэлектронов к соответствующему значению цифровой шкалы серого (ADU) — по пикселям в сенсоре камеры.

 

1. PRNU в визуализации

 

1) Основная концепция ПРНУ

 

Когда камера регистрирует свет, каждый пиксель захватывает определенное количество фотоэлектронов во время экспозиции, которые затем преобразуются в цифровое значение оттенков серого (ADU) аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Это преобразование осуществляется с использованием коэффициента усиления преобразования, определяемого соотношением ADU на электрон, и фиксированного значения смещения (обычно около 100 ADU). Эти значения определяются АЦП и усилителем, используемым для преобразования.

 

CMOS-камеры достигают высокой скорости и низкого уровня шума за счет параллельной работы, с одним или несколькими АЦП на столбец и одним усилителем на пиксель. Такая параллельная работа обеспечивает быструю обработку данных, но может приводить к небольшим колебаниям значений усиления и смещения между пикселями.

 

2) PRNU и шум с фиксированным шаблоном

 

Показатель PRNU отражает любые вариации коэффициента усиления (отношение электронов к ADU) от одного пикселя к другому. В то время как показатель неравномерности темнового сигнала (DSNU) отражает вариации значения смещения (приводящие к фиксированному шуму в условиях низкой освещенности), PRNU учитывает вариации самого коэффициента усиления. Эти вариации коэффициента усиления также могут вызывать фиксированный шум, но обычно они более заметны при высокой освещенности.

 

2. PRNU и качество изображения

1) PRNU и съемка в условиях низкой освещенности

 

При съемке в условиях низкой и средней освещенности (где фотонный сигнал относительно слаб, обычно в диапазоне 1000e или менее) изменение PRNU, как правило, незначительно по сравнению с другими источниками шума, такими как шум считывания или шум темного сигнала (DSNU). В этих сценариях изменение PRNU мало влияет на общее качество изображения.

 

2) PRNU и высокоинтенсивная визуализация

 

В приложениях для получения изображений при высокой интенсивности света влияние PRNU на качество изображения также минимально, особенно когда интенсивность света достаточно высока, чтобы другие источники шума, такие как фотонный дробовой шум, доминировали в качестве изображения. Однако в приложениях, требующих высокой точности измерений (например, методы усреднения или суммирования кадров), низкий уровень PRNU может быть полезен для обеспечения большей точности и уменьшения незначительных несоответствий в отклике на свет по всему сенсору.

 

3. Типичные значения PRNU

 

Типичные значения PRNU для большинства CMOS-сенсоров обычно составляют менее 1%. Для задач визуализации в условиях низкой и средней освещенности изменение PRNU обычно слишком мало, чтобы существенно повлиять на изображение.

 

4. ПНРУ в практическом применении

 

PRNU является важным фактором в тех областях применения, где точность измерений имеет решающее значение, например:

 

Научная визуализацияНебольшие колебания уровня освещенности могут повлиять на результаты.

 

Промышленные инспекции:Там, где требуются точные измерения, особенно при инспекции или контроле качества полупроводниковых изделий. Статья "Почему коррекция DSNU/PRNU важна при контроле полупроводниковых компонентов«Это объясняет значение PRNU в практическом применении».

 

В таких случаях обеспечение низкого значения PRNU (менее 1%) может помочь повысить количественную точность и уменьшить шум фиксированного шаблона, особенно при использовании таких методов, как усреднение кадров или суммирование экспозиций для улучшения качества сигнала.