TDI系列-如何進行DSNU校準、PRNU校準、LUT |

如何進行DSNU校準、PRNU校準、LUT？

1. DSNU校準

（1）為什麼 DSNU（暗訊號不均勻性）校準

即使在完全黑暗的條件下，感測器中也會存在一些暗電流。由於製造流程的細微差異，這些暗電流在感測器表面形成不均勻的分佈，因此需要透過DSNU校準對影像進行均勻的背景校準。

（2）DSNU校準方法

1）資料擷取：首先，相機需要在完全黑暗的環境下擷取一組暗場影像。

2）平均：對擷取的暗場影像進行相位平均，得到平均暗場影像。

3）通用校準影像：減去參考影像（全0或全100等）產生暗場校準影像。

4）儲存校準影像：將所得的暗場校準影像儲存在相機內部的非揮發性記憶體中，作為後期暗場校準演算法的輸入。

5）應用校準：在拍攝實際影像時，相機減去校正後的影像，以消除感測器的暗電流不均等。

（3）DSNU校正前後對比

從下面兩張圖可以明顯看出，校正後的影像在水平方向上相對於校準前的影像均勻性有了明顯的改善。

未校正暗場水平灰值曲線

DSNU校準後的暗場水平灰值曲線

（4）DSNU校準步驟

1）FanOperationMode設定為Temperature，TECOperationMode設定為Temperature。

2）將CoolOperationTemperature溫度設定為實際工作溫度。

3) 等待感測器溫度穩定。（DeviceControl / SensorTemperature）

4）將BinningHorizontal和BinningVertical設定為X1。

5）將觸發模式設定為關閉。

6) 將 LUTEnalbe 設定為 Off。

7) 將 DSNUMode 設定為關閉。

8）將PRNUMode設定為關閉。

9) 將測試模式設定為關閉。

10)將操作模式設定為TDI。

11) 將BlackLevel設定為0。

12）實際操作中設定AcquisitionLineRate、TDIStagsP1、AnalogGain、PixelFormat等參數。

13）蓋上鏡頭蓋，如果不方便蓋上鏡頭蓋，可以看一下平均灰階值是否正常，當AcquisitionLineRate為80000Hz，TDIStagsP1為256，AnalogGain為X2，PixelFormat為8bit，設定好以上參數後外蓋，AnalogGain為X2，PixelFormat為8bit，設定以上參數後外蓋的平均灰階值為

14）Live開始繪圖，DSNUGenerate相機開始DSNU校準，所需時間與AcquisitionLineRate設定有關，將DSNUMode設定為On，觀察影像的平均灰階值。理論上8bit的平均灰階值為6，10bit為25，12bit為100。如果平均灰階值與理論值的差異表示DSNU校準錯誤，請檢查操作程序是否正確。

15) 如果判斷DSNU校準有效，則可以執行DSNUSave，此時校正後的資料將與目前的PixelFormat和AnalogGain綁定，並儲存在相機的非揮發性記憶體中。斷電不會遺失。下次使用該PixelFormat和AnalogGain組合時，將自動載入儲存的校準資料。

16) 如果選擇了DSNUGenerateAll，則phase會自動將AnalogGain從X2切換到X8，在每個類比增益下做一次DSNU校準，並且每次校準後都會自動儲存到相機非揮發性記憶體中，這會覆蓋先前的校準數據，因此在校準前需要判斷先前的DSNU資料是否可以被校準。 DSNUGenerateAll只會對目前配置的PixelFormat進行DSNU校準。如果需要在其他PixelFormat參數下進行DSNU校準，則需要切換到實際的PixelFormat參數，然後再執行DSNUGenerateAll。

（5）DSNU校準常問問題

1）DSNULoad 的作用

使用DSNUGenerate校準時不會直接儲存到揮發性記憶體中，而是儲存在DDR中，斷電會直接遺失，如果對DSNUGenerate校準結果不滿意，需要重新載入歷史儲存在相機中的DSNU校準參數，此時可以點選DSNULoad，載入先前儲存的相機校準資料。

2）為什麼不同線頻率、類比增益、TDI階段、位元深度、溫度需要做DSNU校準分別地

由於sensor暗電流、不同線頻、類比增益、TDI階段、位元深以及溫度背景資料等原因，我們無法在出廠時將所有場景校正完畢並儲存到相機中，因此建議客戶在使用時結合自身設備的使用情況進行校正。下列的資料是在AnalogGain X2、DigitalGain X1、TDI階段256的配置下，分別設定暗場影像平均灰階值為1K和300K時所得到的。不同線頻下暗場影像平均灰階值差異較大，資料上也進一步說明，DSNU校準需在線頻下單獨進行。

線路頻率	8位	10位	12位
30萬	20	80	70
1K	31	108	150

3）為什麼8bit、10bit開啟DSNU校正後影像不能不飽和，12bit開啟DSNU後影像平均灰階值增加

8bit時，DSNU校準會從平均暗場像（20DN）中減去一個參考圖（6DN），產生一個暗電流校準像（14DN）。開啟校準功能後，會即時從原始影像中扣除暗電流校準像（14DN），因此影像相對於原始影像會偏暗，且不會達到飽和狀態，與10bit一樣。

在 12bit 解析度下，DSNU 校準使用平均暗場影像 (70DN) 減去參考影像 (100DN) 產生暗電流校準影像 (-30DN)。開啟校準功能後，即時使用暗電流校準影像 (-30DN) 減去原始影像，因此校準後的影像會相對於原始影像更亮。如果上述問題影響使用，可以透過調整 BlackLevel 的值來解決。

以上數據是在頻率300K，AnalogGain X2，DigitalGain X1，TDI級數256的情況下測得的結果。不同線路頻率下，影像上的DSNU不同，需依照上述邏輯分別進行分析。

4）DSNU 的有效期限是多長校準拿

由於DSNU校準需要影像擷取，因此校準時間與行頻相關。行頻越大，校準速度越快，所需時間越短。理論校準時間可以透過DSNU PRNU Generate時間計算表計算得出。可以透過下圖所示的程式碼判斷DSNUGenerate還是DSNUGenerateAll。如果在Sample上進行了校正，可以透過觀察影像是否恢復正常來判斷校準是否成功。

5）如何判斷DSNU校準成功

首先需要將DSNUMode設定為On，BlackLevel設定為0，觀察影像的平均灰階值是否在正確的範圍內。正確的平均灰階值應該是8bit為6，10bit為25，12bit為100。其次，我們可以比較一下影像水平方向的均勻性，分別擷取DSNUMode設定為Off和設定為On的影像，並用ImageJ對比水平方向的影像均勻性。如果均勻性明顯較好，則表示DSNU標定成功，可以透過DSNU Save將群組參數儲存到相機中。

6）為什麼選擇DSNU校準切換類比增益或位元深度後效果變化

由於不同位元深和不同類比增益的DSNU校準參數會分別保存，因此在切換位深或類比增益時，無需執行DSNULoad指令，對應的DSNU參數就會自動載入。因此，如果需要切換到不同的位元深或類比增益，建議先切換到10bit執行DSNUGenerateAll，再切換到12bit執行DSNUGenerateAll。由於10bit和8bit模式共用一套DSNU參數，因此8bit無需單獨進行校正。校準完成後，所有位元深和增益都已校正完畢，方便後續相機在不同位元深和類比增益下使用。

7）為什麼執行 DSNU 時會出現影像異常校準

由於DSNU校準過程中會擷取Sensor的影像計算校準參數，因此輸出影像會存在異常，此為正常現象，校準後會自動恢復正常。因此需要等待DSNU校準完成後再進行影像擷取。

8）你需要單獨做 DSNU 嗎校準針對不同的方向？

不會，因為相機在執行校準命令時會自動對兩個方向進行校正，並且相位在切換方向時會自動載入該方向的DSNU校準參數。

9）為什麼暗場背景值在校準

AcquisitionLineRate設定為300kHz，TDIStagsP1設定為256，AnalogGain設定為X2，暗場背景值理論上8bit設定為20，10bit設定為80，12bit設定為70。如果基準值錯誤，需要判斷DSNUMode是否設定為Off，BlackLevel是否設定為0，PRNU是否設定為Off，DigitalGain是否設定為X1，LUTEnalbe是否設定為Off，OperationMode是否設定為TDI。

確定韌體版本，由於歷史原因，29/04之前的版本可能背景值較大。具體測試的是2901211203版本，12bit暗場背景約170DN。

判斷是否漏光，建議蓋上蓋子，對比灰階值是否有差異，如果有差異，就是漏光。

10）執行 DSNU 時是否需要將 DSNU 模式設定為關閉校準

在判斷是否有漏光以及暗場校準前的背景值是否正常時，需要將DSNU Mode設定為Off，並且在DSNUGenerate或DSNUGenerateAll指令之前，DSNU Mode狀態不受影響。

11）UserSet 是否影響 DSNU 校準參數？

不，只有 DSNUGenerateAll 和 DSNUSave 會覆蓋相機內部儲存的 DSNU 校準參數。

2. PRNU校準

（1）為什麼選擇 PRNU（光響應不均勻性）校準?

PRNU校準是一種影像感測器校準技術，用於消除由於感測器響應不均勻而引入的影像雜訊和偽影。影像感測器中的PRNU是由於製造製程和材料節點性導致的，這會導致不同像素在相同光照條件下的反應存在差異。這種差異可能表現為影像中的背景雜訊、斑點、條紋和其他問題。

（2）PRNU校準 方法

1）標定影像的擷取：相機在半滿均勻光照下擷取一組原始影像，最好採用均勻光照，確保標定影像中沒有其他複雜的影響。

2）平均多幅影像：從一組影像中找到一張平均影像。

3）確定目標灰階值：可以將擷取的影像平均作為目標灰階值，也可以手動輸入目標灰階值。

4）PRNU校準影像：透過目標灰階/平均影像計算校正後的影像。

5) 儲存PRNU校準影像：產生的PRNU校準影像儲存在相機內部的非揮發性記憶體中，作為後期暗場校準演算法的輸入。

6）應用校準：實際拍攝影像時，將相機拍攝的每張影像乘以PRNU校準影像，以消除感測器光學響應均勻性。

（3）PRNU校準前後對比

從下面兩張圖可以明顯看出，校正後的影像在水平方向相對於校正前的影像均勻性有明顯的改善。

未校正的曠場灰值曲線

PRNU校正後的曠場灰階值曲線

（4）PRUN校準步

1) 將 FanOperationMode 設定為溫度，將 TECOperationMode 設定為溫度。

2）將CoolOperationTemperature溫度設定為實際工作溫度。

3) 等待感測器溫度穩定。（DeviceControl / SensorTemperature）

4）將BinningHorizontal和BinningVertical設定為X1。

5）將觸發模式設定為關閉。

6) 將 LUTEnalbe 設定為 Off。

7) 將 DSNUMode 設定為開。

8）將PRNUMode設定為關閉。

9) 將測試模式設定為關閉。

10)將操作模式設定為TDI。

11) 將BlackLevel設定為0。

12）實際操作中設定AcquisitionLineRate、TDIStagsP1、AnalogGain、PixelFormat等參數。

13）將相機放置在均勻光線下，建議使用均勻光積分球，校準效果最佳，調整光源亮度，直到影像達到半飽和狀態。注意盡量使整個9072像素點都處於半飽和狀態。如果使用轉接環導致影像兩邊都出現感光現象，會導致自動計算的目標值偏低。最後一種現像是開啟PRNU後影像平均灰階值下降比較明顯，那麼需要更新韌體版本到2904230720或更高版本，該版本採用3520像素點偏移後2048像素點的平均值作為目標值，因此應使用自動目標值來確保中間2048像素點處於曝光狀態。

14）實現Live開始繪製，執行PRNUGenerate相機開始PRNU校準，所需時間與設定的AcquisitionLineRate有關，設定PRNUMode為On，對比校準前後影像水平方向的均勻性，如果均勻性明顯更好，則說明PRNU校準有效。

15) 如果判斷PRNU校準有效，則可以執行PRNUSave，此時校正後的資料將與目前選擇的PRNU Selector綁定，並儲存在相機的非揮發性記憶體中。斷電不會遺失，並且在下一次PRNU Selector切換時，儲存的校準資料將自動載入。

（5）公共關係委員會校準常見問題解答

1）角色 PRNU負載

使用PRNUGenerate校準時不會直接儲存到揮發性記憶體中，而是儲存在DDR中，斷電會直接遺失，如果對PRNUGenerate校準結果不滿意，需要重新載入歷史儲存在相機中的PRNU校準參數，此時可以點選PRNULoad，相位載入先前儲存的相機校準資料。

2）角色 目標等級AUTO

PRNU有手動模式（透過PRNUTargetLevel參數手動設定校正後的目標值）和自動PRNU模式（相機以校正後的影像平均灰階值作為PRNU校準的目標值）。 PRNUTargetLevel的範圍為0~255、10bit和12bit。

3）為什麼做PRNU的時候會出現影像異常校準

由於PRNU校準過程中會擷取Sensor的影像計算校準參數，因此輸出影像會存在異常，此為正常現象，校準後會自動恢復正常。因此，影像擷取需要等待PRNU校準完成後再進行。

4）PRNUGenerate 需要多長時間

由於PRNU校準需要影像擷取，因此校準時間與行頻相關。行頻越大，校準速度越快，所需時間越短。理論校準時間可以透過DSNU PRNU Generate時間計算表計算得出。 PRNUGenerate可以根據下圖所示的程式碼進行判斷。如果在Sample上進行校準，可以透過觀察影像是否恢復正常來判斷校準是否成功。

5）RPRNUFactoryReset 的 ole

出廠前我們會在積分球下方製作5組預設的PRNU參數，如果使用者使用過程中不小心將錯誤的PRNU參數存放在PRNU 0~PRNU 4中，我們可以透過執行此指令將5組預設的PRNU參數複製到PRNU 0~PRNU 4中。

相機的5個PRNU在出廠時均已校正。校準條件為半滿均勻光照，行進頻率=18000Hz，位元深度和類比增益有所不同。具體參數如下：

PRNU0=12位元-類比增益×2

PRNU1=12位元-類比增益×8

PRNU2=10bit-類比增益×2

PRNU3=10位元-類比增益×8

PRNU4=10位元-類比增益×8

6）執行 PRNU 時是否需要將 PRNU 模式設定為關閉校準

將影像調整為半全和時，需要在 PRNUGenerate 指令之前將 PRNU 模式設定為關閉。

7）PRNU校準在 DSNU 之後校準，且 DSNU 功能已開啟

因為相機內部的PRNU演算法是在DSNU演算法之後，所以校準時也需要先校正DSNU，再校正PRNU，然後開啟DSNU功能。