⚠ Fikseeritud mustriga müra (FPN) on pildiandurite, eriti CMOS- ja CCD-tehnoloogiate puhul tavaline probleem. See soovimatu artefakt avaldub järjepideva, mittejuhusliku pikslite varieerumise mustrina kogu jäädvustatud pildil isegi ühtlase valgustuse korral. Fikseeritud mustriga müra põhjuste mõistmine on tõhusate leevendusstrateegiate väljatöötamiseks ja üldise pildikvaliteedi parandamiseks ülioluline.
Fikseeritud mustriga müra mõistmine
Fikseeritud mustriga müra viitab teatud tüüpi mürale, mis jääb kujutise lõikes konstantseks. See ei ole juhuslik nagu muud müratüübid, nagu võttemüra või termiline müra. Selle asemel on tegemist süstemaatilise veaga, mis on seotud sensori massiivi üksikute pikslite tootmis- ja tööomaduste erinevustega.
Fikseeritud mustriga müra nähtavus on nõrga valgusega tingimustes sageli rohkem väljendunud. Seda seetõttu, et signaali-müra suhe on madalam. Peened variatsioonid muutuvad selgemaks, kui signaal on nõrk.
Fikseeritud mustriga müra põhjused
Fikseeritud mustriga müra tekkele pildiandurites aitavad kaasa mitmed tegurid. Need tegurid on seotud tootmisvigade, temperatuurimuutuste ja anduritehnoloogia loomupäraste piirangutega.
🔍 Pikslite ebaühtlus
Peamine põhjus on üksikute pikslite füüsikaliste ja elektriliste omaduste kõikumised. Tootmisprotsessid ei ole täiuslikud ning paratamatult ilmnevad väikesed erinevused pikslite suuruses, dopingutasemes ja transistori omadustes.
Need erinevused põhjustavad erinevusi selles, kuidas iga piksel reageerib valgusele, mille tulemuseks on nende väljundsignaalide ebaühtlus. Isegi identsete valgustingimuste korral annavad mõned pikslid veidi kõrgemaid või madalamaid väärtusi kui teised.
🔍 Tumevoolu variatsioonid
Tumevool on väike elektrivool, mis voolab läbi piksli isegi siis, kui valgust pole. See vool sõltub suuresti temperatuurist ja varieerub pikslite lõikes.
Tumevoolu kõikumised soodustavad märkimisväärselt fikseeritud mustriga müra. Mõned pikslid võivad avaldada suuremat tumevoolu kui teised. See toob kaasa nende väljundväärtuste järjepideva nihke, olenemata tegelikust valgustuse tasemest.
🔍 Offset-variatsioonid
Nihke variatsioonid viitavad erinevustele iga piksli baasjoone väljundpinges või voolus, kui see ei puutu valgusesse. Need variatsioonid võivad tuleneda erinevustest transistori lävipinges või muudes vooluahela parameetrites igas pikslis.
Need nihked variatsioonid aitavad otseselt kaasa fikseeritud mustri mürale. Need loovad pildile heledamate või tumedamate pikslite staatilise mustri.
🔍 Saate variatsioone
Võimenduse variatsioonid viitavad iga piksli võimendusteguri erinevustele. Need variatsioonid võivad tuleneda erinevustest transistori omadustes või muudes vooluahela parameetrites igas pikslis.
Need võimenduse variatsioonid aitavad otseselt kaasa fikseeritud mustriga mürale, võimendades muude ebaühtluste mõjusid. Selle tulemuseks on rohkem väljendunud fikseeritud mustriga müra.
🔍 Temperatuuritundlikkus
Pildiandurite jõudlus on väga tundlik temperatuurimuutuste suhtes. Temperatuuri tõustes suureneb ka tumevool ja tumevoolu kõikumised muutuvad selgemaks.
See temperatuuritundlikkus suurendab fikseeritud mustriga müra, eriti soojas keskkonnas töötavate jahutamata andurite puhul. Temperatuurigradiendid kogu anduri vahel võivad samuti kaasa aidata ebaühtlasele müramustrile.
Fikseeritud mustriga müra tüübid
Fikseeritud mustriga müra võib selle omaduste põhjal jagada kahte põhitüüpi:
- Nihke FPN: seda tüüpi FPN-i põhjustavad üksikute pikslite pimedusvoolu ja nihketasemete kõikumised. See kuvatakse piksliväärtustes pideva nihkena, olenemata valguse intensiivsusest.
- FPN-i võimendus: seda tüüpi FPN-i põhjustavad üksikute pikslite võimenduse või tundlikkuse kõikumised. See väljendub piksliväärtuste erinevusena, mis on võrdeline valguse intensiivsusega.
Leevendustehnikad
Fikseeritud mustriga müra mõju leevendamiseks saab kasutada mitmeid tehnikaid. Need tehnikad ulatuvad riistvarapõhistest lahendustest tarkvarapõhiste pilditöötlusalgoritmideni.
🔎 Anduri kalibreerimine
Anduri kalibreerimine on levinud meetod fikseeritud mustriga müra vähendamiseks. See hõlmab anduri massiivi iga piksli pimedusvoolu ja nihketaseme mõõtmist. Mõõtmised tehakse kontrollitud tingimustes.
Seejärel kasutatakse andmeid paranduskaardi koostamiseks, mida rakendatakse igale jäädvustatud pildile, et kompenseerida pikslitevahelisi variatsioone. Kalibreerimist saab teha tehases või põllul.
🔎 Korrelatsiooniga topeltproovimine (CDS)
Korrelatsiooniga kahekordne diskreetimine on meetod, mida kasutatakse CCD-andurites, et vähendada lähtestamismüra ja fikseeritud mustriga müra mõju. See hõlmab piksli pinge mõõtmist kaks korda: üks kord enne ja üks kord pärast piksli lähtestamist.
Seejärel kasutatakse kahe mõõtmise erinevust piksli väärtusena, mis tõhusalt tühistab lähtestamise müra ja olulise osa fikseeritud mustriga mürast.
🔎 Tume raami lahutamine
Tume kaadri lahutamine on lihtne, kuid tõhus meetod fikseeritud mustriga müra eemaldamiseks. Tume raam on pilt, mis on jäädvustatud objektiiviga kaetud ja samade säritusaja ja ISO-sätetega nagu tegelik pilt.
See tume raam sisaldab fikseeritud mustriga müra ja muid anduri artefakte. Tumeda raami tegelikust pildist lahutamine eemaldab fikseeritud mustri müra.
🔎 Lamevälja korrigeerimine
Lamevälja korrektsioon käsitleb pikslite tundlikkuse ja objektiivi varjutuse muutusi. Tasapinnaline kujutis jäädvustatakse ühtlaselt valgustatud pinna pildistamisel.
See pilt näitab pikslireaktsiooni ja objektiivi väljalangemise erinevusi. Jäädvustatud kujutise jagamine normaliseeritud lamevälja kujutisega korrigeerib neid variatsioone, vähendades fikseeritud mustriga müra ja parandades kujutise ühtlust.
🔎 Mitme kaadri keskmistamine
Mitme kaadri keskmistamine on veel üks müra, sealhulgas FPN-i vähendamise tehnika. Jäädvustades samast stseenist mitu pilti ja neid koos keskmistades, kipuvad juhuslikud mürakomponendid taanduma, samas kui fikseeritud mustriga müra jääb püsivaks.
Keskmistatud kujutisel on suurem signaali-müra suhe ja väiksem FPN. See meetod on eriti tõhus kombineerituna tumeda kaadri lahutamisega.
🔎 Täiustatud pilditöötlusalgoritmid
Fikseeritud mustriga müra hindamiseks ja eemaldamiseks saab kasutada keerukamaid pilditöötlusalgoritme. Need algoritmid hõlmavad sageli ruumilise filtreerimise tehnikaid, mis tuvastavad ja siluvad kujutise ühtsed mustrid.
Laineteisendusi ja muid täiustatud meetodeid saab kasutada ka mürakomponentide eraldamiseks tegelikest pildiandmetest, mis võimaldab tõhusamalt müra vähendada.
Järeldus
Fikseeritud mustriga müra on pildianduritele omane omadus, mis tuleneb tootmismuutustest ja temperatuuritundlikkusest. FPN-i põhjuste ja omaduste mõistmine on tõhusate leevendusstrateegiate väljatöötamiseks hädavajalik.
Anduri kalibreerimise, korrelatsiooni topeltdiskreeti, tumeda kaadri lahutamise ja täiustatud pilditöötlustehnikate kasutamisega saab fikseeritud mustriga müra mõju märkimisväärselt vähendada, mis toob kaasa parema pildikvaliteedi ja täpsema andmete hankimise. Sensoritehnoloogia ja pilditöötlusalgoritmide jätkuv areng vähendab veelgi FPN-i mõju tulevastes pildisüsteemides.
KKK
Mis täpselt on fikseeritud mustriga müra (FPN)?
Fikseeritud mustriga müra on teatud tüüpi pildiandurites esinev müra, mis kuvatakse kogu pildil ühtlase, mittejuhusliku mustrina. Selle põhjuseks on pikslite omaduste varieeruvus ja see jääb kujutise lõikes muutumatuks.
Millised on andurite FPN-i peamised põhjused?
Peamised põhjused on pikslite ebaühtlus tootmismuutustest, tumevoolu kõikumised, nihke kõikumised, võimenduse kõikumised ja temperatuuritundlikkus.
Kuidas temperatuur mõjutab fikseeritud mustriga müra?
Temperatuur suurendab andurite tumevoolu ja tumevoolu kõikumised muutuvad selgemaks. See suurendab fikseeritud mustriga müra, eriti jahutamata andurite puhul.
Mis on tumeda kaadri lahutamine ja kuidas see aitab FPN-i vähendada?
Tume kaadri lahutamine hõlmab pildi jäädvustamist objektiiviga (tume kaader) ja selle lahutamist tegelikust pildist. See eemaldab fikseeritud mustri müra ja muud anduri artefaktid, mis on tumedas kaadris.
Kas tarkvarapõhine pilditöötlus võib fikseeritud mustriga müra vähendada?
Jah, täiustatud pilditöötlusalgoritme, nagu ruumiline filtreerimine ja lainete teisendused, saab kasutada fikseeritud mustriga müra hindamiseks ja eemaldamiseks, tuvastades ja siludes kujutisel ühtseid mustreid.
