2022/04/29Fotorespons-nonuniformitet (PRNU) representerar enhetligheten i en kameras respons på ljus och är särskilt viktig i tillämpningar med starkt ljus. PRNU kvantifierar variationer i förstärkningen – förhållandet mellan detekterade fotoelektroner och motsvarande digitala gråskalevärde (ADU) – över pixlarna i en kamerasensor.
1. PRNU inom avbildning
1) Grundläggande koncept för PRNU
När en kamera detekterar ljus fångar varje pixel ett visst antal fotoelektroner under exponeringen, vilka sedan omvandlas till ett digitalt gråskalevärde (ADU) av analog-till-digital-omvandlaren (ADC). Denna omvandling följer ett förhållande ADU per elektron, känt som omvandlingsförstärkning, och ett fast offsetvärde (vanligtvis runt 100 ADU). Dessa värden bestäms av ADC:n och förstärkaren som används för omvandlingen.
CMOS-kameror uppnår hög hastighet och lågt brus genom att arbeta parallellt, med en eller flera ADC:er per kolumn och en förstärkare per pixel. Denna parallella drift möjliggör snabb databehandling men kan introducera små variationer i förstärknings- och offsetvärden över pixlar.
2) PRNU och brus med fast mönster
PRNU representerar eventuella variationer i förstärkningen (förhållandet mellan elektroner och ADU) från en pixel till en annan. Medan mörksignalsnonuniformitet (DSNU) representerar variationer i offsetvärdet (vilket resulterar i fast mönsterbrus i svagt ljus), tar PRNU hänsyn till variationer i själva förstärkningen. Dessa variationer i förstärkning kan också orsaka fast mönsterbrus, men det är vanligtvis mer märkbart vid starka ljusnivåer.
2. PRNU och bildkvalitet
1) PRNU och avbildning i svagt ljus
För avbildning i svagt och medelhögt ljus (där fotonsignalen är relativt svag, vanligtvis i intervallet 1000e eller mindre) är variationen i PRNU i allmänhet obetydlig jämfört med andra bruskällor, såsom läsbrus eller mörksignalbrus (DSNU). I dessa scenarier har variationen i PRNU liten inverkan på den totala bildkvaliteten.
2) PRNU och högljusavbildning
I tillämpningar med hög ljusstyrka är effekten av PRNU på bildkvaliteten också minimal, särskilt när ljusintensiteten är tillräckligt hög för att andra bruskällor, såsom fotonbrus, dominerar bildkvaliteten. Men i tillämpningar som kräver hög mätprecision (t.ex. bildmedelvärdesbildning eller bildsummeringstekniker) kan låg PRNU vara fördelaktig för att säkerställa större noggrannhet och minska subtila inkonsekvenser i ljusresponsen över sensorn.
3. Typiska PRNU-värden
Typiska PRNU-värden för de flesta CMOS-sensorer är vanligtvis mindre än 1 %. För bildtillämpningar i svagt och medelstarkt ljus är variationen i PRNU vanligtvis för liten för att påverka bilden nämnvärt.
4. PRNU i praktiska tillämpningar
PRNU är en viktig faktor i tillämpningar där mätprecision är avgörande, såsom:
Vetenskaplig avbildningDär små variationer i ljusnivåer kan påverka resultaten.
Industriella inspektioner:Där exakta mätningar krävs, särskilt vid halvledarinspektion eller kvalitetskontroll. Artikeln "Varför DSNU/PRNU-korrigering är viktig vid halvledarinspektion"förklarar betydelsen av PRNU i praktiska tillämpningar.
I dessa fall kan en låg PRNU (mindre än 1 %) bidra till att förbättra den kvantitativa noggrannheten och minska brus i fasta mönster, särskilt när man använder tekniker som bildgenomsnittsberäkning eller summerade exponeringar för att förbättra signalkvaliteten.
