Introduzione
Il sensore CMV50000 presenta una particolarità in riferimento al comportamenti dei pixel al buio. Presenta un rumore a livello di pixel di seguito nominato pixel noise. Indagini dimostrano che il pixel noise è formato da due componenti. Tali componenti e la correzione corrispondente per il miglioramento della qualità dell’immagine vengono descritti nei seguenti paragrafi.
Comportamento del sensore
Pixel FPN (Fixed Pattern Noise)
Il pixel noise del CMV50000 è dotato di un componente invariabile nel tempo e nello spazio definito pixel FPN. Tale componente di rumore si distingue per il fatto che la scala dei grigi di un pixel con la coordinata x,y in una serie di immagini acquisite spicca sempre sui pixel adiacenti.
Pixel RTS (Random Telegraph Signal)
Rispetto ai pixel FPN precedentemente descritti, i pixel RTS si comportano in modo casuale nel tempo e nella scala dei grigi. La relativa posizione e la scala dei grigi non è prevedibile. La seguente figura mostra il comportamento di 5 pixel con le maggiori differenze della scala dei grigi della superficie attiva del sensore.
Rumore sale e pepe
Il pixel FPN può essere definito anche come rumore sale e pepe, poiché si manifestano pixel bianchi e neri. Esso si confonde con la definizione di pixel difettosi. I pixel difettosi lo sono tuttavia sull’intera area di lavoro della telecamera, anche bianchi o neri.
Subordinazioni
Il pixel noise del sensore dipende dalla temperatura e dalla durata del tempo di esposizione. Ovvero, con l’aumento della temperatura risultano più pixel la cui scala dei grigi si discosta da quelli adiacenti. Invece, più lungo è il tempo di esposizione, più significativo è il pixel FPN.
I seguenti istogrammi chiariscono l’aumento del pixel noise con l’aumento della temperatura e un tempo di esposizione più lungo. Come si vede chiaramente dagli istogrammi, il numero di pixel, che si trovano al di fuori della distribuzione normale, aumenta sensibilmente. In conclusione ciò significa che per una riduzione del pixel noise la temperatura deve essere mantenuta il più bassa possibile. Inoltre, occorre utilizzare un tempo di esposizione il più possibile ridotto.
Istogramma di un’immagine al buio con una temperatura della telecamera di 25 °C e un tempo di esposizione di 75 ms
Istogramma di un’immagine al buio con una temperatura della telecamera di 65 °C e un tempo di esposizione di 10 s
Causa
Il costruttore AMS del sensore CMV50000, impiegato nei modelli di telecamera, parla di un effetto leakage nelle celle di memoria capacitive dei pixel. Così non è possibile prevedere se e quando la cella di memoria capacitiva presenta tali anermeticità. Quindi non è possibile nemmeno dire se diventa completamente nero (scala dei grigi = min) o bianco (scala dei grigi = max). Inoltre si parla di un raddoppiamento dell’effetto ogni
10 °C, a partire da una temperatura di 30 °C.
Correzione tramite Pixel Correction
A causa dei diversi pixel sulla superficie attiva del sensore, che si discostano dai pixel adiacenti, non è possibile correggerli con una correzione basata su LUT, analogamente a una correzione dei pixel difettosi. Indagini hanno dimostrato che il numero dei pixel di disturbo si sposta nell’intervallo percentuale a una cifra in base alla condizione operativa della telecamera.
Procedura di base
In base ai diversi pixel e al comportamento che varia nel tempo viene utilizzata una correzione dinamica con un filtro 9×1. Nell’ambiente circostante il filtro, la scala dei grigi del pixel viene confrontata con quello adiacente e in base a un valore soglia si decide se correggerla o meno. Quindi un valore soglia elevato significa che deve essere presente una grande differenza della scala dei grigi tra pixel ed ambiente circostante. Ovvero, vengono corretti meno pixel rispetto alla presenza di un valore soglia inferiore.
Esempio della correzione
Le seguenti figure rappresentano la correzione in base a un’immagine di prova.
Sezione di un’immagine di prova con Pixel Correction disabilitata
Sezione di un’immagine di prova con Pixel Correction abilitata e un valore soglia di 70
Effetti di bordo
Il filtro è una funzione non lineare che influisce ad esempio sui valori misurati EMVA 1288. In questo caso si verificano valori non plausibili. Inoltre, un filtro del genere influisce sulla capacità di risoluzione o sulla modulation transfer function (MTF) del sistema della telecamera. Si verifica una riduzione della capacità di risoluzione in base ai bordi levigati.
Poiché la correzione funziona solo in direzione delle righe, le strutture verticali fini sono eventualmente sottoposte ad artefatti. Ciò dipende, tuttavia, da diverse grandezze di influsso quali le dimensioni della struttura, pattern/ripetizione e capacità di risoluzione (definizione) della lente. Le seguenti figure forniscono un esempio di artefatti che possono eventualmente verificarsi.
Pixel Correction non attiva
Pixel Correction attiva
Ulteriori opzioni di correzione
Un’ulteriore opzione di correzione del pixel FPN è una correzione Flat-Field per l’intera immagine. I pixel RTS non possono però essere gestiti con questa correzione. Inoltre, i principi dinamici sono pensabili con ambienti di filtro più grandi che considerano le strutture anche in direzione verticale.
Portafoglio prodotti
Supporto
In caso di domande contattate il nostro Technical & Application Support Center.
Tel.: +49 3528 4386 845
E-mail: [email protected]