+7 (495) 646-88-24
Rus
/Вопросы и ответы/Насыщенность и блюминг

Насыщенность и блюминг

Насыщенность и блюминг - это явления, которые происходят во всех камерах и могут влиять как на их количественные, так и на качественные характеристики изображения. Если каждый отдельный пиксель можно рассматривать как лунку электронов, то насыщение относится к состоянию, при котором лунка заполняется. Количество заряда, которое может быть накоплено в одном пикселе, в значительной степени определяется его площадью. Однако из-за природы потенциальной ямы, которая удерживает заряд в пикселе, меньше вероятность захвата электрона в яме, которая приближается к насыщению. Поэтому, когда скважина приближается к своему пределу, линейная зависимость между интенсивностью света и сигналом ухудшается. В результате очевидная чувствительность «насыщенного» пикселя падает.

При насыщении пиксели теряют способность приспосабливаться к дополнительному заряду. Этот дополнительный заряд будет затем распространяться на соседние пиксели, заставляя их либо сообщать ошибочные значения, либо также насыщать. Это распространение заряда на соседние пиксели известно как блюминг и выглядит как белая полоса или капля на изображении.

Кроме того, поскольку это слишком большое количество электронов должно быть перемещено вниз по сенсору, чтобы считываться регистром считывания ПЗС, перемещение этого насыщенного пятна вызывает вертикальную полосу / размытие изображения, еще больше нарушая получение изображения. Примеры блюминга и размазывания можно увидеть на рис.1.

 

Рисунок 1: Пример блюминга, вызванного насыщением сенсорного пикселя.

Слева Изображение заката. Солнце на изображении настолько яркое, что оно проникает в окружающие пиксели и образует вертикальный смаз по всему изображению.

Справа аналогичная ситуация с блюмингом и смазом с надписью.

 

Поскольку различные научные камеры содержат разные архитектуры, насыщенность и блюминг можно определять и контролировать различными способами.

 

Линейный Full Well

Когда скважина начинает заполняться, фотометрический отклик пикселя отклоняется от линейности. Точка, в которой это отклонение превышает допустимый уровень, определяется как линейная полная скважина. Камеры обычно проектируются таким образом, чтобы этот уровень сигнала заполнял полный (12-разрядный, 14-разрядный или 16-разрядный) динамический диапазон аналого-цифрового преобразователя.

 

Шумоподавление

Можно видеть признаки насыщения еще до того, как будет достигнуто линейное состояние полной скважины. Когда скважины заполняются, случайный шум (квадратный корень сигнала) начинает отсекаться на верхнем конце. В результате можно наблюдать условие, называемое «ограничение шума», когда шум сигнала начинает уменьшаться, даже если сигнал все еще увеличивается.

 

Рисунок 2: Шум обрезается, когда сигнал приближается к насыщению.

 

Насыщенность выходного этапа

Когда много пикселей на камере насыщены или когда выполняется обширное параллельное и последовательное бинирование, выходной каскад может насыщаться. В экстремальных условиях (скажем, при дневном освещении научной камеры) перегрузка заряда в выходном узле может привести к разрушению цепочки выходного усиления, что приведет к нулевому (полностью темному) изображению.

Следует отметить, что во всех камерах скважины могут вместить больше, чем могут передавать. Когда они начинают заполняться, насыщение, которое мы наблюдаем, фактически вызвано приближением к этому условию максимальной передачи заряда.

Блюминг можно контролировать несколькими способами. Например, многофазная ПЗС может быть частично синхронизирована во время интеграции, чтобы исключить расплывание изображения. Во время интеграции две из трех фаз синхросигнала, используемых для передачи заряда между соседними пикселями, переключаются поочередно. Когда пиксель приближается к насыщению, избыточный заряд проталкивается в барьер между слоями Si и SiO2, где он рекомбинирует с дырками. При переключении фаз избыточный заряд в пикселях, приближающихся к насыщению, теряется, а заряд в ненасыщенных пикселях сохраняется. Пока период переключения достаточно быстр, чтобы не отставать от генерации сигнала переполнения, заряд не будет распространяться на соседние пиксели. Этот метод, известный как «синхронизированный анти-блюминг», наиболее подходит для применения при слабом освещении.

Анти-блюминг традиционно контролируется конкретной архитектурой CCD. В некоторых камерах используются ПЗС-матрицы, у которых в каждой полосе между каждой другой колонной проходит поток заряда. Избыточный заряд, который обычно вызывает цветение, откачивается в этот сток. Хотя такая архитектура вызывает снижение эффективной квантовой эффективности и функции передачи модуляции (MTF), эти устройства неоценимы, когда интенсивность света охватывает много порядков величины в пределах одного изображения.

 

Рисунок 3: Зарядные стоки на ПЗС-камере

 

 

© 2013 -2020 ООО «Камера Ай-Кью»
Отправить заявку
Нажимая кнопку "Отправить", я даю согласие на обработку моих персональных данных в соответствии с условиями Пользовательского Соглашения