ams CMV50000 Sensörlü Kameraların Piksel Düzeltmesi [AN201908]
Baumer Kameraları: LXG-500x, LXC-500x
Bu Uygulama Notu, CMV50000 görüntü sensörünün piksel düzeltmesini ve diğer özel kamera özelliklerini açıklar.
Genel Bilgi
CMV50000 sensörleri, düşük ışık koşullarında piksel düzeyinde görülen gürültüye ilişkin özel bir özellik sunar; bu durum, bundan sonra piksel gürültüsü olarak anılacaktır. Yapılan çalışmalar, piksel düzeyinde iki farklı gürültü bileşeni olduğunu göstermiştir. Bu Uygulama Notu, her iki gürültü bileşenini açıklamakta ve görüntü kalitesini artırmak için ilgili piksel düzeltmelerini sunmaktadır.
Sensör Davranışı
FPN Piksel Gürültüsü (Sabit Desen Gürültüsü)
CMV50000, x ve y koordinatları boyunca piksel gri değeri ile karakterize edilen FPN adı verilen sabit desen ve zamanla ilgili bir gürültü bileşeni sağlar. Piksel gri değeri, alınan görüntü dizisindeki komşu piksellerinkinden her zaman farklıdır.
RTS Piksel Gürültüsü (Rastgele Telgraf Sinyali)
FPN piksel gürültüsünden farklı olarak, RTS piksel gri değerleri rastgele davranış sergiler, yani zaman ve gri değer önceden tahmin edilemez. Aşağıdaki görsel, aktif sensör yüzeyindeki en belirgin şekilde farklı gri değerlere sahip 5 pikselin davranışını gösterir.
Tuz ve Biber Gürültüsü
FPN piksel gürültüsü, siyah ve beyaz piksel deseni nedeniyle Tuz ve Biber Gürültüsü olarak da bilinir. Bu tanım, kameranın tüm çalışma aralığında ölü (beyaz veya siyah) olan ölü piksellerin tanımıyla birleşir.
Bağımlılıklar
Sensörün piksel gürültüsü, kamera sıcaklığı ve pozlama süresiyle ilişkili bağımlılıklar gösterir. Başka bir deyişle, artan sıcaklık, komşu piksellerden farklı gri değerlere sahip piksel sayısında önemli bir artışa neden olur. Pozlama süresi açısından da benzer bir durum söz konusudur – pozlama süresi uzadıkça, FPN piksel gürültüsü de artar.
Aşağıdaki histogramlar, artan sıcaklık ve uzatılmış pozlama süresiyle birlikte piksel gürültüsünün nasıl yükseldiğini göstermektedir. Normal dağılımın dışında kalan piksel sayısının belirgin bir şekilde arttığı açıkça görülmektedir. Bu duruma karşı, piksel gürültüsünü azaltmak için hem sıcaklık hem de pozlama süresi olabildiğince düşük tutulmalıdır.
Temel Sebep
CMV50000 sensör üreticisi ams, bunu piksellerin kapasitif hafıza hücrelerindeki kaçaklar olarak tanımlar. Bu tür kapasitif kaçakların ne zaman meydana geleceği tahmin edilemez. Bu nedenle, pikselin tamamen siyah (minimum gri değer) veya beyaz (maksimum gri değer) olacağı zamanı söylemek mümkün değildir. Ayrıca, bu etkinin 30 °C’den itibaren her 10 °C sıcaklık artışında iki katına çıktığı görülmektedir.
Piksel Düzeltmesi
Aktif sensör yüzeyinde komşu piksellerden farklı olan büyük miktarda piksel göz önüne alındığında, ölü piksel düzeltmesine benzer LUT tabanlı düzeltme burada uygulanabilir değildir. Yapılan çalışmalar, kameranın çalışma moduna bağlı olarak tek haneli yüzdelerde müdahaleci piksel oranı olduğunu göstermiştir.
Temel Prensip
Piksel sayısının fazlalığı ve zamana bağlı davranış nedeniyle, 9×1 filtreler kullanılarak dinamik bir düzeltme yapılması gerekmektedir. Filtre ortamında, pikselin gri değeri komşu piksellerle karşılaştırılır ve bir eşik kullanılarak düzeltmenin uygulanıp uygulanmayacağına karar verilir. Sonuç olarak, yüksek bir eşik, büyük ölçüde farklı gri değerler ve düşük bir eşik kullanmaya göre daha az piksel düzeltmesi anlamına gelir.
Düzeltme Örneği
Aşağıdaki görseller, bir test görüntüsü kullanılarak yapılan piksel düzeltmesini göstermektedir.
Yan Etkiler
Doğrusal olmayan filtre fonksiyonu, EMVA 1288 ile ölçülen sonuçlar üzerinde etkili olabilir ve bu durum, tutarsız değerlere yol açabilir. Filtreleme, ayrıca kamera sisteminin Modülasyon Transfer Fonksiyonu (MTF) ile etkileşime girer. Bulanık kenarlar, çözünürlüğü olumsuz etkileyebilir.
Satır satır yapılan düzeltmedeki artefaktlar, hassas dikey yapıları bozabilir. Ancak bu durum, yapı boyutu, desen/tekrarlama ve lensin çözünürlük yetenekleri (keskinlik) gibi çeşitli değişkenlere bağlıdır. Aşağıdaki görseller, ortaya çıkabilecek olası artefaktları göstermektedir.
Piksel Düzeltmesi için Alternatif Yöntemler
FPN piksel gürültüsünün düzeltilmesi için bir başka seçenek, tüm görüntü boyunca uygulanan Düz Alan Düzeltmesi (Flat Field Correction) yöntemidir. Ancak, RTS pikseller bu yöntemle ele alınamaz. Dikey yapıları dikkate alan genişletilmiş filtre ortamı ile dinamik yaklaşımlar da alternatif çözümler olarak değerlendirilebilir.
