Fotoğraf Tepki Düzensizliği (PRNU) Nedir?

Fotoğraf Tepkisi Düzensizliği (PRNUPRNU, bir kameranın ışığa verdiği tepkinin homojenliğini temsil eder ve özellikle yüksek ışık gerektiren uygulamalarda önemlidir. PRNU, kazançtaki varyasyonları -algılanan fotoelektronların karşılık gelen dijital gri tonlama değerine oranını- nicelendirir.ADU)—bir kamera sensöründeki pikseller boyunca.

PRNU, daha yüksek sinyal seviyelerinde (doğrusal bölge içinde) daha belirgin hale gelir ve düz alan tabanlı ölçümler veya kare ortalaması/toplaması gibi nicel iş akışları için en büyük öneme sahiptir. Buna karşılık, DSNU, karanlık veya düşük ışık koşullarında en belirgin olan bir ofset/karanlık sinyal düzensizliğidir. Bu kılavuz, PRNU'yu nasıl tanımlayacağınızı, ölçeceğinizi, karşılaştıracağınızı ve düzelteceğinizi ve doygunluğa yakın artefaktları gerçek PRNU ile karıştırmaktan nasıl kaçınacağınızı açıklar.

PRNU nedir (ve ne değildir)?

Bir kamera ışığı algıladığında, her piksel pozlama sırasında fotoelektronları toplar. Bu elektronlar dijital gri tonlama değerine dönüştürülür (ADU) okuma zinciri tarafından, tipik olarak piksel düzeyinde yükseltme ve analogdan dijitale dönüştürücü (ADC).

PRNU: pikselden piksele kazanç değişimi

Şekil 1PRNU'nun en tipik tezahürlerinden biri olup, piksel fotoyanıtlama düzensizliğinin özelliklerini açıkça göstermektedir.

PRNU özellikle şunları ifade eder:pikselden piksele kazançtaki değişimTekdüze aydınlatma altında, bu, bazı piksellerin ortalamadan biraz daha yüksek, diğerlerinin ise biraz daha düşük tepki verdiği, kararlı bir tepki "dokusu" olarak görünür. PRNU'nun belirleyici bir özelliği şudur ki...sinyal seviyesiyle ölçeklenir(Doğrusal bölge içinde): Aydınlatma arttıkça, pikseller arasındaki mutlak fark orantılı olarak artar.

Bu nedenle PRNU genellikle daha da önem kazanır.nicel iş akışlarıÖrneğin, rastgele gürültünün azaltıldığı ancak sabit kazanç farklarının korunduğu düz alan tabanlı ölçümler veya kare ortalaması alma gibi yöntemler.

PRNU ve DSNU karşılaştırması

PRNU sıklıkla bununla birlikte tartışılır.Karanlık Sinyal Düzensizliği (DSNU):

●DSNUBu, pikselden piksele ofset veya karanlık sinyaldeki varyasyonu ifade eder ve en çok karanlık karelerde veya düşük ışık koşullarında belirgindir.

●PRNUPikselden piksele kazançtaki varyasyonu ifade eder ve aydınlatma arttıkça daha belirgin hale gelir.

Her iki etki de sabit desen gürültüsü (FPN) olarak ortaya çıkabilir, ancak sinyal modelinin farklı kısımlarından (ofset ve kazanç) kaynaklanırlar ve sinyal seviyesi değiştikçe farklı davranırlar.

PRNU ne değildir?

Pratikte, birçok etki PRNU ile karıştırılabilir. PRNU şudur:Olumsuz:

● Işık kaynağından gelen düzensiz aydınlatma

● Objektifler veya filtreler tarafından oluşturulan optik gölgelenme veya vinyetleme

● Optiklerde veya sensör penceresinde toz veya kirlilik

● Doygunluğa yakın doğrusal olmayanlık veya kırpma, "daha kötü PRNU"ya benzeyen yüksek ışık artefaktları oluşturabilir.

PRNU spesifikasyonunu yorumlamadan veya bir ölçüm yapmaya çalışmadan önce bu ayrımları net bir şekilde anlamak çok önemlidir.

Modern CMOS kameralarda PRNU nereden geliyor?

PRNU, küçük, tekrarlanabilir kelimelerden türemiştir.kazanç uyumsuzluklarıBu durum, modern CMOS mimarilerinde piksel düzeyindeki devreler ve sütun paralel okuma yolları tarafından ortaya konmuştur. Bu sistemler yüksek oranda paralel sinyal zincirlerinde çalıştığı için, yükseltme veya ADC davranışındaki çok küçük farklılıklar bile, düzgün aydınlatma altında kararlı piksel veya sütun düzeyinde yanıt varyasyonları olarak ortaya çıkabilir.

Daha da önemlisi, ölçülebilir PRNU'nun varlığıOlumsuzBu durum, sensörün düşük kaliteli olduğunu gösterir. Yüksek performanslı olanlar bile...bilimsel CMOS kameraKontrollü koşullar altında veya yüksek sinyal-gürültü oranına sahip iş akışlarında ancak görünür hale gelen, belirli bir derecede içsel kazanç yayılımı sergiler.

PRNU Görüntü Kalitesi ve Nicel Doğruluk Üzerindeki Etkisi Nedir?

PRNU, sabit, piksele bağlı bir kazanç hatasıdır; bu nedenle etkisi sinyal seviyesine ve görüntünün nasıl değerlendirildiğine büyük ölçüde bağlıdır.tek kareveya bir parçası olaraknicel veya ortalama sonuç.

Düşük ve orta sinyalli görüntüleme

Düşük ve orta sinyal rejimlerinde—foton sayılarının nispeten az olduğu durumlarda—PRNU, okuma gürültüsü, DSNU veya foton atış gürültüsü gibi diğer gürültü kaynaklarına kıyasla genellikle önemsizdir. Bu durumlarda, mütevazı PRNU farklılıklarının tek kare görüntü kalitesi üzerinde gözle görülür bir etkisi nadiren olur.

Eğer bir görüntü okuma gürültüsü veya karanlıkla ilgili gürültü nedeniyle sınırlıysa, PRNU'yu tek başına iyileştirmek, iş akışı açıkça nicel olmadığı sürece genellikle fark edilir bir fayda sağlamaz.

Yüksek sinyalli görüntüleme ve ortalama alma

Yüksek sinyal seviyelerinde, foton atış gürültüsü genellikle tek kare gürültüsüne baskın gelir, bu nedenle PRNU tipik bir görüntüde yine de önemsiz görünebilir. Ancak, karelerortalama alınmış veya toplanmışRastgele gürültü yaklaşık olarak 1/√N oranında azalırken, PRNU bu gürültüyü ortadan kaldırmaz.

Sonuç olarak, PRNU aşağıdaki durumlarda sınırlayıcı bir faktör haline gelebilir:

● Düz alan tabanlı ölçümler ve radyometri

● Bilimsel görüntülemede arka plan homojenliği

● Endüstriyel denetimde kusur tespit eşikleri

● Tutarlı gölgelendirmenin önemli olduğu mozaikleme veya dikiş teknikleri

Yüksek Işıklı Görüntüler ve PRNU

Yüksek sinyal seviyelerinde, PRNU ile ilgili desenler daha görünür hale gelebilir; ancak bildirilen birçok "yüksek ışık artefaktı", PRNU'nun doğasından kaynaklanmayan etkilerden kaynaklanmaktadır.

Parlaklık veren eserlerin görünümü nasıldır?

Kullanıcılar genellikle şu şekilde tanımlarlar:

● Hafifçe daha parlak ve daha koyu piksellerin statik dağılımları

● yapılandırılmış sütun veya satır bantlama

● Kontrast genişletme işleminden sonra belirginleşen ince, sabit gölgelendirme

Bu desenler, kareler arasında aynı piksel konumlarında kalır ve sistematik bir kökeni gösterir.

Doygunluğa yakın davranış neden yanıltıcı olabilir?

Sensörler doygunluğa yaklaştıkça,doğrusal olmama ve kırpmaBu durum, artan düzensizliğe benzeyen yapay bozulmalara yol açabilir. Bir görüntü, altta yatan PRNU değişmemiş olsa bile, yanıt artık doğrusal olmadığı için "daha çok PRNU benzeri" görünebilir.

Pratik bir kural, PRNU'yu değerlendirmektir.doğrusal bölgenin oldukça içindeve doygunluğa yakın çalışma noktalarından kaçının.

Karışıklığı önlemek için pratik kurallar

● Doygunluğun altında kalın ve aşırı parlak alanlardan kaçının.

● Doğrusal aralık içindeki birden fazla sinyal seviyesini kontrol edin

● Gerçekten homojen ve istikrarlı bir aydınlatma kaynağı kullanın.

● Optik gölgelenmeyi ve kirlenmeyi sensör tepkisinden ayırın

● Unutmayın ki ortalama alma işlemi rastgele gürültüyü azaltır ve sabit kalıpları ortaya çıkarabilir.

PRNU Spesifikasyonları Nasıl Okunur?

PRNU değerlerinin yanlış karşılaştırılması kolaydır çünkü sonuçlar, ölçüm ve raporlama yöntemlerine büyük ölçüde bağlıdır.

●Metrik: %RMS, aykırı değerlere karşı oldukça hassas olan %tepe-tepe değerinden daha kararlıdır.

●ROI ve maskeleme: Tam kare değerleri kenarlar veya kusurlar tarafından domine edilebilir; ROI tanımını ve piksel maskelemesini doğrulayın.

●Sinyal seviyesiPRNU değerleri doğrusal bölgede rapor edilmelidir; doygunluğa yakın değerler yanıltıcı olabilir.

●Ham ve düzeltilmiş verilerBazı özelliklerde PRNU değeri düz alan/NUC düzeltmesinden sonra verilirken, diğerlerinde ham PRNU değeri verilir. Bunlar doğrudan karşılaştırılabilir değildir.

●Test koşullarıDalga boyu, sıcaklık, okuma modu, kazanç, binleme ve optikler PRNU'yu etkileyen faktörlerdir.

Bu koşullar açıkça belirtilmemişse, sayıyı kesin bir karşılaştırma ölçütü yerine kabaca bir gösterge olarak değerlendirin.

Tipik PRNU Değerleri (ve ne anlama geliyorlar "<%1” aslında şu anlama geliyor)

Birçok CMOS sensörü PRNU değerleriyle belirtilir.%1'in altındaAncak bu sayı yalnızca şu durumlarda anlamlıdır:raporlama koşullarıKullanılan ölçüt (%RMS'ye karşı %tepe-tepe), yatırım getirisi (ROI), sinyal seviyesi gibi bilgiler belirtilir.doğrusal bölgesıcaklık/aydınlatma spektrumu ve değerin olup olmadığıçiğ ordüz alan/NUC düzeltmesinden sonra.

Çoğu düşük ve orta sinyalli, tek kare görüntüleme iş akışında, bu seviyedeki PRNU, okuma gürültüsü, DSNU veya atış gürültüsüne kıyasla genellikle baskın sınırlama değildir. "<%1" ifadesinin daha önemli hale geldiği yer ise şudur:nicelgörüntüleme (düz alan tabanlı ölçümler, mozaikleme/birleştirme) veyakare ortalaması/toplamıBurada rastgele gürültü azaltılır ve sabit yanıt varyasyonu tutarlılık tabanını belirleyebilir.

PRNU Düzeltmesi Uygulamada (Düz Alan / NUC)

PRNU genellikle şu şekilde ele alınır:düz alan düzeltmesiBu yöntem, homojen olmayan aydınlatma düzeltmesi (NUC) olarak da bilinir. Bu yaklaşım, her pikselin homojen aydınlatma altındaki göreceli kazancını karakterize eder ve yanıtı normalleştirmek için bir kazanç haritası uygular.

Düz alan düzeltmesi, sistematik kazanç farklılıklarını azaltır ancak rastgele gürültüyü ortadan kaldırmaz veya doygunluğa yakın doğrusal olmayan davranışı telafi etmez.

PRNU düzeltmesi aslında neyi kaldırıyor?

Düz saha/NUC öncelikle şunu telafi eder:sistematik kazanç farklılıklarıPikseller ve sütunlar boyunca. Düzeltmeden sonra, kalan düzensizlik genellikle çok daha düşüktür ve hem nitel görüntülerde hem de nicel ölçümlerde daha az görünürdür. Önemli olarak, PRNU düzeltmesi rastgele gürültüyü ortadan kaldırmaz ve doygunluğa yakın doğrusal olmayan davranışı telafi edemez.

Tek noktalı düzeltme ile çok noktalı düzeltme arasındaki fark

●Tek noktalı düzeltmeSensör tepkisi oldukça doğrusal olduğunda ve çalışma aralığı dar olduğunda (tek bir aydınlatma seviyesi) genellikle yeterlidir.

●Çok noktalı düzeltmeKazanç sinyal seviyesine, moda veya çalışma koşullarına bağlı olarak değiştiğinde veya yüksek hassasiyetli radyometrik doğruluk gerektiğinde önem kazanır.

Yeniden kalibrasyon hususları

Sıcaklıkta önemli değişiklikler olursa, optik yol değiştirilirse, okuma modu veya kazanç ayarları değişirse veya uzun süreli sapma kararlılığı etkilerse yeniden kalibrasyon gerekebilir.

Yüksek hassasiyetli denetim iş akışlarında, özellikle yarı iletken ve metroloji uygulamalarında, doğru DSNU/PRNU düzeltmesi genellikle güvenilir nicel analiz için bir ön koşuldur.

Daha detaylı ve uygulamaya odaklı bir tartışma için bakınız.Yarıiletken Denetiminde DSNU/PRNU Düzeltmesinin Önemi.

Sorun Giderme: Eğer “PRNU”nuz Kötü Görünüyorsa

PRNU beklenenden daha kötü göründüğünde, sorun genellikle sensörün içsel kazanç varyasyonundan kaynaklanmaz.

Gördüğünüz belirti	Muhtemel neden	Hızlı kontrol	Önerilen işlem
Yüksek eğim veya düzensiz arazi	Aydınlatma düzensizliği veya optik gölgelenme	Kamerayı/ışık kaynağını döndürün veya yeniden konumlandırın; desen hareket ediyor mu?	Düz alan homojenliğini iyileştirin, geometriyi ayarlayın veya analizi merkezi bir ROI ile sınırlandırın.
Yerel koyu veya açık lekeler	Optik/sensör penceresinde toz veya kirlilik	Odak noktasını hafifçe bozun veya optikleri çıkarın; lekeler değişiyor mu?	Optik/sensör penceresini temizleyin ve yeniden ölçün.
Dikey veya yatay bantlama	Sütun/satır kazanç farklılıkları, okuma ile ilgili yapı veya aydınlatma titremesi	Tek kare ile ortalama kareyi karşılaştırın; aydınlatma kararlılığını kontrol edin.	Aydınlatma kararlılığını doğrulayın, titreşim kaynaklarından kaçının, doğrusal bölgede PRNU'yu değerlendirin.
Parlak noktaların yakınında düzensizlik daha da kötüleşiyor.	Doygunluğa yakın doğrusal olmayanlık veya kırpma (gerçek PRNU değil)	Pozlamayı doygunluğun çok altında kalacak şekilde azaltın; bu durum desenin düzelmesine yol açar mı?	PRNU ölçümünü yalnızca doğrusal aralıkta yapın; kırpılmış piksellerden kaçının.
Düzeltme işleminden sonra kenarlar daha kötü görünüyor.	Kazanç haritasına dahil edilen vinyetleme veya gölgelendirme nedeniyle aşırı düzeltme	Düzeltmeyi yalnızca merkezi ROI'ye uygulayın.	Optik gölgelemeyi sensör PRNU'sundan ayırın; maskeleri/ROI'yi iyileştirin.
PRNU değeri çalıştırmalar arasında değişir.	Sıcaklık kayması veya kararsız ayarlar	Termal stabilizasyon sağlandıktan sonra testi tekrarlayın.	Ölçüm sırasında sıcaklığı sabitleyin ve kazanç/modu kilitleyin.
Beklenmedik derecede yüksek %tepe-tepe PRNU	Aykırı değerler veya hatalı pikseller istatistiğe hakim durumda.	%RMS'ye geçin ve bozuk pikselleri maskeleyin.	Net maskeleme kurallarıyla %RMS'yi raporlayın

Son Düşünceler

PRNU nadiren manşetlerde yer alan bir özelliktir; ancak nicel görüntülemede, rastgele gürültü azaltıldıktan sonra tutarlılık sınırını sıklıkla tanımlar. PRNU'nun nereden geldiğini, sinyal seviyelerinde nasıl davrandığını ve nasıl ölçülüp düzeltilmesi gerektiğini anlamak, anlamlı karşılaştırmalar yapmak ve yanlış yorumlamalardan kaçınmak için çok önemlidir.

At TucsenPRNU performansı yalnızca sensör seviyesinde değil, kalibrasyon, çalışma modları ve gerçek ölçüm iş akışları genelinde de ele alınmaktadır. Uygulamanız kararlı düz alan düzeltmesi, çerçeve ortalaması veya yüksek hassasiyetli incelemeye bağlıysa, ekibimiz PRNU'yu sisteminiz için gerçekten önemli olan bağlamda değerlendirmenize yardımcı olabilir.

Sıkça Sorulan Sorular

PRNU zamanla veya sensörün eskimesiyle değişir mi?

PRNU genelliklestabilZamanla değişebilir, ancak sensörün eskimesi, uzun süreli sıcaklık maruziyeti veya çalışma koşullarındaki değişiklikler nedeniyle yavaşça sapma gösterebilir. Yüksek hassasiyetli veya uzun ömürlü sistemlerde, özellikle nicel tutarlılığın kritik olduğu durumlarda, PRNU'yu periyodik olarak doğrulamak iyi bir uygulamadır.

PRNU piksel bazında mı yoksa sütun bazında mı değerlendirilmelidir?

Bu, sensör mimarisine ve uygulamaya bağlıdır. Piksel düzeyinde PRNU en eksiksiz resmi yakalar, ancak sütun paralel CMOS tasarımlarında,sütun düzeyinde yapıPiksel haritaları ve sütun ortalamalı profillerin incelenmesi, tanı ve sorun giderme açısından genellikle faydalıdır.

Daha düşük PRNU değeri her uygulama için her zaman daha mı iyidir?

Mutlaka değil. Birçok nitel veya tek kare görüntüleme görevi için, PRNU'yu belirli bir noktanın ötesine düşürmek şunları sağlar:pratik bir faydası yokÇünkü diğer gürültü kaynakları baskındır. İş akışınız düz alan düzeltmesine, ortalama almaya veya nicel ölçümlere dayanıyorsa, düşük PRNU değeri en çok önem taşır.

PRNU, farklı sensör boyutları veya piksel aralıkları arasında karşılaştırılabilir mi?

Doğrudan karşılaştırma risklidir. PRNU, yalnızca piksel aralığına veya sensör boyutuna değil, piksel tasarımına, okuma mimarisine, çalışma moduna ve test koşullarına da bağlıdır. Anlamlı bir karşılaştırma, eşleşme gerektirir.ölçüm koşullarıSadece başlıkta belirtilen özellikler değil.