25/09/11Ninu eto wiwọn eyikeyi - lati ibaraẹnisọrọ alailowaya si fọtoyiya oni-nọmba - ipin ifihan-si-ariwo (SNR) jẹ ipilẹ ipilẹ ti didara. Boya o n ṣe itupalẹ awọn aworan imutobi, imudara awọn gbigbasilẹ gbohungbohun, tabi laasigbotitusita ọna asopọ alailowaya, SNR sọ fun ọ iye alaye ti o wulo ti o jade lati ariwo isale aifẹ.
Ṣugbọn iṣiro SNR ni deede kii ṣe taara taara. Ti o da lori eto naa, awọn ifosiwewe afikun bii lọwọlọwọ dudu, ariwo kika, tabi binning pixel le nilo lati gbero. Itọsọna yii n rin ọ nipasẹ imọ-ọrọ, awọn agbekalẹ ipilẹ, awọn aṣiṣe ti o wọpọ, awọn ohun elo, ati awọn ọna ti o wulo lati mu SNR dara, ni idaniloju pe o le lo ni deede kọja awọn aaye ti o pọju.
Kini Iwọn Ifihan-si-Ariwo (SNR)?
Ni ipilẹ rẹ, ipin ifihan-si-ariwo ṣe iwọn ibatan laarin agbara ifihan ti o fẹ ati ariwo abẹlẹ ti o ṣokunkun rẹ.
● Ifihan agbara = alaye ti o ni itumọ (fun apẹẹrẹ, ohun kan ninu ipe kan, irawọ kan ninu aworan imutobi).
● Ariwo = laileto, awọn iyipada aifẹ ti o da tabi tọju ifihan agbara (fun apẹẹrẹ, aimi, ariwo sensọ, kikọlu itanna).
Iṣiro, SNR jẹ asọye bi:
Nitoripe awọn ipin wọnyi le yatọ lori ọpọlọpọ awọn aṣẹ titobi, SNR maa n ṣafihan ni decibels (dB):
● Ga SNR (fun apẹẹrẹ, 40 dB): ifihan agbara jẹ gaba lori, Abajade ni ko o ati ki o gbẹkẹle alaye.
● SNR kekere (fun apẹẹrẹ, 5 dB): ariwo bori ifihan agbara, ti o mu ki itumọ le nira.
Bii o ṣe le ṣe iṣiro SNR
Iṣiro ti ipin ifihan-si-ariwo le ṣee ṣe pẹlu oriṣiriṣi awọn ipele ti konge ti o da lori kini awọn orisun ariwo wa ninu. Ni apakan yii, awọn fọọmu meji yoo ṣe afihan: ọkan ti o ṣe akọọlẹ fun lọwọlọwọ dudu ati ọkan ti o ro pe o le gbagbe.
Akiyesi: Ṣafikun awọn iye ariwo ominira nilo fifi wọn kun ni quadrature. Orisun ariwo kọọkan jẹ onigun mẹrin, akopọ, ati gbongbo onigun mẹrin ti lapapọ ni a mu.
Ipin ifihan agbara-si-ariwo pẹlu lọwọlọwọ dudu
Atẹle ni idogba lati lo ni awọn ipo nibiti ariwo lọwọlọwọ dudu ti tobi to lati nilo ifisi:
Eyi ni itumọ awọn ofin:
Ifihan agbara (e-): Eyi ni ifihan ti iwulo ninu awọn photoelectrons, pẹlu yọkuro ifihan agbara lọwọlọwọ dudu
Awọn ifihan agbara Lapapọ (e-) yoo jẹ kika fọtoelectron ni ẹbun anfani – ni muna kii ṣe iye ẹbun ni awọn iwọn ti awọn ipele grẹy. Apeere keji ti Ifihan agbara (e-), ni isalẹ idogba, jẹ ariwo fọtonshot.
Okunkun lọwọlọwọ (DC):Iwọn lọwọlọwọ dudu fun piksẹli yẹn.
t: Akoko ifihan ni iṣẹju-aaya
σr:Ka ariwo ni ipo kamẹra.
Ipin ifihan agbara-si-ariwo fun lọwọlọwọ dudu ti aifiyesi
Ni awọn iṣẹlẹ kukuru (< 1 iṣẹju-aaya) awọn akoko ifihan, pẹlu tutu, awọn kamẹra iṣẹ ṣiṣe giga, ariwo lọwọlọwọ dudu yoo dara dara ni isalẹ ariwo kika, ati pe a gbagbe lailewu.
Nibiti awọn ofin ti wa lekan si bi a ti ṣalaye loke, pẹlu iyatọ pe ifihan agbara lọwọlọwọ dudu ko nilo iṣiro ati yọkuro lati ifihan bi o yẹ ki o dọgba odo.
Awọn idiwọn ti awọn agbekalẹ wọnyi ati awọn ọrọ ti o padanu
Awọn agbekalẹ idakeji yoo pese awọn idahun ti o pe fun CCD atiCMOS awọn kamẹra. EMCCD ati awọn ẹrọ ti o lekun ṣafihan awọn orisun ariwo ni afikun, nitorinaa a ko le lo awọn idogba wọnyi. Fun idogba ipin ifihan agbara-si-ariwo ti o ni iṣiro fun iwọnyi ati awọn ilowosi miiran.
Oro ariwo miiran ti o jẹ (tabi ti a lo lati jẹ) ti o wọpọ julọ ninu awọn idogba SNR jẹ ti idahun-aiṣe-iṣọkan-iṣọkan (PRNU), ti o tun jẹ aami 'ariwo awoṣe ti o wa titi' (FPN). Eyi ṣe aṣoju aidogba ti ere ati ti idahun ifihan kọja sensọ, eyiti o le di alaga ni awọn ifihan agbara giga ti o ba tobi to, idinku SNR.
Lakoko ti awọn kamẹra tete ni pataki to PRNU lati nilo ifisi rẹ, igbalode julọijinle sayensi awọn kamẹrani PRNU kekere ti o to lati ṣe idasi rẹ daradara ni isalẹ ti ariwo shot photon, paapaa lẹhin awọn atunṣe lori-ọkọ ti lo. O ti wa ni bayi, nitorina, nigbagbogbo gbagbe ni awọn iṣiro SNR. Sibẹsibẹ, PRNU tun ṣe pataki fun diẹ ninu awọn kamẹra ati awọn ohun elo, ati pe o wa ninu idogba SNR to ti ni ilọsiwaju diẹ sii fun pipe. Eyi tumọ si awọn idogba ti a pese wulo fun pupọ julọ awọn ọna ṣiṣe CCD/CMOS ṣugbọn ko yẹ ki o ṣe itọju bi iwulo gbogbo agbaye.
Awọn oriṣi ariwo ni Awọn iṣiro SNR
Iṣiro SNR kii ṣe nipa ifiwera ifihan agbara kan lodi si iye ariwo kan. Ni iṣe, awọn orisun ariwo ominira lọpọlọpọ ṣe alabapin, ati oye wọn jẹ pataki.
Ariwo Shot
● Oti: dide iṣiro ti awọn photon tabi awọn elekitironi.
● Awọn irẹjẹ pẹlu awọn onigun mẹrin root ti ifihan agbara.
● Olokiki ni aworan ti o ni opin photon (imọ-jinlẹ, aimọ-imọ-jinlẹ fluorescence).
Gbona Ariwo
● Wọ́n tún máa ń pè é ní ariwo Johnson–Nyquist, èyí tó ń mú jáde látọ̀dọ̀ àwọn ohun abánáṣiṣẹ́ tí wọ́n ń gbé jáde nínú àwọn ohun ìjà.
● Ṣe alekun pẹlu iwọn otutu ati bandiwidi.
● Pataki ninu ẹrọ itanna ati ibaraẹnisọrọ alailowaya.
Ariwo lọwọlọwọ Dudu
● Iyatọ laileto ni lọwọlọwọ dudu laarin awọn sensọ.
● Diẹ sii pataki ni awọn ifihan gbangba gigun tabi awọn aṣawari ti o gbona.
● Dinku nipa itutu sensọ.
Ka Ariwo
● Ariwo lati awọn amplifiers ati afọwọṣe-si-oni iyipada.
● Ti o wa titi fun kika, nitorinaa ṣe pataki ni awọn ijọba ifihan agbara kekere.
Quantization Noise
● Agbekale nipasẹ digitization (yika si awọn ipele ọtọtọ).
● Pataki ninu awọn ọna ṣiṣe-kekere-bit (fun apẹẹrẹ, ohun 8-bit).
Ariwo Ayika/Eto
● EMI, crosstalk, ipese agbara ripple.
● Le jẹ gaba lori ti o ba ti shielding/grounding ko dara.
Lílóye èwo nínú ìwọ̀nyí ni ó ṣe pàtàkì jù lọ ń ṣèrànwọ́ ní yíyan àgbékalẹ̀ tí ó tọ́ àti ọ̀nà dídín kù.
Awọn aṣiṣe ti o wọpọ ni iṣiro SNR
O rọrun lati wa kọja ọpọlọpọ awọn ọna 'ọna abuja' lati ṣe iṣiro ipin ifihan-si-ariwo ni aworan. Iwọnyi maa jẹ boya o kere si idiju ju awọn idogba idakeji, gba laaye fun itọsẹ irọrun lati aworan funrararẹ ju ki o nilo imọ ti awọn aye kamẹra gẹgẹbi ariwo kika, tabi mejeeji. Laanu, o ṣee ṣe pe ọkọọkan ninu awọn ọna wọnyi jẹ aṣiṣe, ati pe yoo ja si awọn abajade skewed ati ti ko wulo. O gbaniyanju ni pataki pe awọn idogba idakeji (tabi ẹya ti ilọsiwaju yẹ ki o lo ni gbogbo awọn ọran.
Diẹ ninu awọn ọna abuja eke ti o wọpọ julọ pẹlu:
1, Ifiwera kikankikan ifihan agbara vs kikankikan lẹhin, ni awọn ipele grẹy. Ọna yii ngbiyanju lati ṣe idajọ ifamọ kamẹra, agbara ifihan tabi ifihan agbara si ipin ariwo nipa ifiwera kikankikan tente kan si kikankikan abẹlẹ. Ọna yii jẹ abawọn jinna bi ipa ti aiṣedeede kamẹra le ṣeto lainidii kikankikan abẹlẹ, ere le ṣeto agbara ifihan lainidii, ko si si idasi ariwo boya ni ifihan tabi isale ti a gbero.
2, Pipin awọn oke ifihan agbara nipasẹ iyapa boṣewa ti agbegbe ti awọn piksẹli abẹlẹ. Tabi, ifiwera awọn iye tente oke si ariwo wiwo ni abẹlẹ ti a fihan nipasẹ profaili laini kan. A ro pe aiṣedeede ti yọkuro ni deede lati awọn iye ṣaaju pipin, eewu pataki julọ ni ọna yii ni wiwa ina abẹlẹ. Imọlẹ abẹlẹ eyikeyi yoo ṣe akoso ariwo ni awọn piksẹli abẹlẹ. Siwaju sii, ariwo ti o wa ninu ifihan agbara, gẹgẹbi ariwo ibọn, ko ṣe akiyesi rara rara.
3, Itumọ ifihan agbara ni awọn piksẹli ti iwulo vs iyapa boṣewa ti awọn iye ẹbun: Ifiwera tabi akiyesi iye ifihan agbara tente kan yipada kọja awọn piksẹli adugbo tabi awọn fireemu ti o tẹle ni isunmọ si pe o tọ ju awọn ọna ọna abuja miiran lọ, ṣugbọn ko ṣeeṣe lati yago fun awọn ipa miiran ti n yi awọn iye pada, gẹgẹbi iyipada ninu ifihan agbara ti ko jade lati ariwo. Ọna yii tun le jẹ aiṣedeede nitori awọn iṣiro piksẹli kekere ni lafiwe. Iyokuro iye aiṣedeede ko tun gbọdọ gbagbe.
4, Iṣiro SNR laisi iyipada si awọn iwọn kikankikan ti awọn fọtoelectrons, tabi laisi yiyọkuro aiṣedeede: Bi ariwo ibọn fọto jẹ igbagbogbo orisun ariwo ti o tobi julọ ati da lori imọ aiṣedeede kamẹra ati ere fun wiwọn, ko ṣee ṣe lati yago fun iṣiro pada si awọn fọtoelectrons fun awọn iṣiro SNR.
5, Idajọ SNR nipasẹ oju: Lakoko ti o wa ninu awọn ayidayida idajọ tabi ifiwera SNR nipasẹ oju le wulo, awọn ọfin airotẹlẹ tun wa. Idajọ SNR ni awọn piksẹli iye giga le le ju ni iye kekere tabi awọn piksẹli abẹlẹ. Awọn ipa arekereke diẹ sii tun le ṣe ipa kan: Fun apẹẹrẹ, awọn diigi kọnputa oriṣiriṣi le ṣe awọn aworan pẹlu iyatọ ti o yatọ pupọ. Siwaju sii, fifi awọn aworan han ni awọn ipele isunmọ oriṣiriṣi ninu sọfitiwia le ni ipa ni pataki irisi wiwo ti ariwo. Eyi jẹ iṣoro paapaa ti o ba ngbiyanju lati ṣe afiwe awọn kamẹra pẹlu oriṣiriṣi awọn titobi piksẹli aaye ohun. Nikẹhin, wiwa ina abẹlẹ le sọ eyikeyi igbiyanju lati ṣe idajọ SNR ni oju.
Awọn ohun elo SNR
SNR jẹ metiriki gbogbo agbaye pẹlu awọn ohun elo jakejado:
● Ohun & Gbigbasilẹ Orin: Ṣe ipinnu mimọ, ibiti o ni agbara, ati iṣootọ awọn gbigbasilẹ.
● Ibaraẹnisọrọ Alailowaya: SNR ni ibatan taara si awọn oṣuwọn aṣiṣe bit (BER) ati ṣiṣejade data.
● Aworan Imọ-jinlẹ: Ninu imọ-jinlẹ, wiwa awọn irawọ ti o rẹwẹsi lodi si didan ọrun lẹhin nilo SNR giga.
● Awọn Ẹrọ Iṣoogun: ECG, MRI, ati CT scans da lori SNR giga lati ṣe iyatọ awọn ifihan agbara lati ariwo ti ẹkọ-ara.
● Awọn kamẹra & Fọtoyiya: Awọn kamẹra onibara ati awọn sensọ CMOS ti imọ-jinlẹ lo SNR lati ṣe iṣẹ ala ni ina kekere.
Imudara SNR
Niwọn igba ti SNR jẹ iwọn to ṣe pataki, igbiyanju pataki n lọ si ilọsiwaju rẹ. Awọn ilana pẹlu:
Hardware Awọn ọna
● Lo awọn sensọ to dara julọ pẹlu lọwọlọwọ dudu kekere.
● Waye idabobo ati ilẹ lati dinku EMI.
● Awọn aṣawari tutu lati dinku ariwo igbona.
Awọn ọna Software
● Waye awọn asẹ oni-nọmba lati yọ awọn loorekoore ti aifẹ kuro.
● Lo aropin kọja ọpọ awọn fireemu.
● Lo awọn algorithms idinku ariwo ni aworan tabi sisẹ ohun.
Pixel Binning ati Ipa Rẹ lori SNR
Ipa ti binning lori ipin ifihan-si-ariwo da lori imọ-ẹrọ kamẹra ati ihuwasi sensọ, bi iṣẹ ariwo ti awọn kamẹra ti a ti dina ati ti a ko tii le yatọ ni pataki.
Awọn kamẹra CCD le ṣe akopọ idiyele awọn piksẹli to wa nitosi 'lori-chip'. Ariwo kika jẹ akoko kan nikan, botilẹjẹpe ifihan agbara lọwọlọwọ dudu lati ẹbun kọọkan yoo tun ṣe akopọ.
Pupọ julọ awọn kamẹra CMOS ṣe binning pipa-chip, itumo awọn iye ni a kọkọ diwọn (ati ariwo ti a ṣafihan), ati lẹhinna ṣe akopọ ni oni-nọmba. Ariwo kika fun iru awọn akopọ n pọ si botilẹjẹpe isodipupo nipasẹ gbongbo onigun mẹrin ti nọmba awọn piksẹli ti a ṣe akopọ, ie nipasẹ ipin kan ti 2 fun 2x2 binning.
Bi ihuwasi ariwo ti awọn sensosi le jẹ idiju, fun awọn ohun elo pipo o ni imọran lati wiwọn aiṣedeede, ere, ati ka ariwo kamẹra ni ipo binned, ati lo awọn iye wọnyi fun idogba ipin ifihan-si-ariwo.
Ipari
Iwọn ifihan-si-ariwo (SNR) jẹ ọkan ninu awọn metiriki pataki julọ ni imọ-jinlẹ, imọ-ẹrọ, ati imọ-ẹrọ. Lati asọye asọye ninu awọn ipe foonu si ṣiṣe wiwa ti awọn irawọ ti o jinna, SNR ṣe atilẹyin didara wiwọn ati awọn ọna ṣiṣe ibaraẹnisọrọ. Titunto si SNR kii ṣe nipa kikọ awọn agbekalẹ nikan - o jẹ nipa agbọye awọn arosinu, awọn idiwọn, ati awọn ipa-iṣowo gidi-aye. Lati irisi yii, awọn onimọ-ẹrọ ati awọn oniwadi le ṣe awọn wiwọn igbẹkẹle diẹ sii ati awọn eto apẹrẹ ti o yọ awọn oye ti o nilari paapaa ni awọn ipo ariwo.
Ṣe o fẹ lati ni imọ siwaju sii? Wo awọn nkan ti o jọmọ:
Tucsen Photonics Co., Ltd. Gbogbo ẹtọ wa ni ipamọ. Nigbati o ba n tọka si, jọwọ jẹwọ orisun:www.tucsen.com
