EMVA1288中文翻譯

1、1介紹和范圍2靈敏度、線性度和噪聲2.1線性信號(hào)模型2.2噪聲模型2.3信噪比(SNR)2.4信號(hào)飽和度和絕對靈敏度閾值3暗電流3.1均值和方差3.2溫度依賴4空間不均勻性和缺陷像素4.1空間差異,DSNU,PRNU4.2類型的不均勻性4.3缺陷像素4.3.1對數(shù)直方圖4.3.2累積直方圖4.4高通濾波5概述測量的建立和方法6靈敏度、線性度和噪音6.1均質(zhì)光源的幾何形狀6.2光源的光譜特性6.3輻照變異6.4校準(zhǔn)輻照6.5對線性度和靈敏度的測量條件6.6根據(jù)光子傳遞法對測量結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)6.7線性評(píng)價(jià)7暗電流7.1在一個(gè)溫度下對暗電流的評(píng)價(jià)7.2 對溫度的暗電流的評(píng)價(jià)8空間不均勻性和缺陷像素8.

2、1空間標(biāo)準(zhǔn)偏差，DSNU,PRNU和total SNR8.2水平和垂直光譜圖8.3缺陷像素特征9光譜靈敏度9.1光譜光源設(shè)置9.2測量條件9.3校準(zhǔn)9.4評(píng)估10出版結(jié)果10.1基本信息10.2 EMVA 1288參數(shù)10.3 EMVA 1288數(shù)據(jù)表A參考書目B表示法C版本A2.01更改C.1增加的功能C.2將方法擴(kuò)展到不同的照射C.3條件和程序的修改C.4極限時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)偏差; 量化噪聲介紹C.5具有不均勻度測量的高通濾波D版本3.0的變化2靈敏度、線性度和噪聲本節(jié)描述了如何描述靈敏度、線性度和時(shí)間噪聲圖像傳感器或攝像機(jī)3,4,6,8。2.1線性信號(hào)模型如圖1所示，數(shù)字圖像傳感器實(shí)際上是將曝光

3、時(shí)間內(nèi)的光子通過一系列步驟轉(zhuǎn)換成數(shù)字。在曝光時(shí)間內(nèi)，平均µp光子沖擊單個(gè)像素。整個(gè)量子效率的一小部分吸收并積累µe電荷單位。這里定義的總量子效率是指單個(gè)傳感器elementpixel所占用的總面積，而不僅僅是光敏感區(qū)域。因此，這個(gè)定義包括填充因子和微透鏡的影響。在公式(1)中表示，量子效率取決于光子輻照像素的波長。在暴露時(shí)間texp內(nèi)，與區(qū)域a相對應(yīng)的光子的平均數(shù)目，可以通過以W / m2為單位的傳感器表面的輻照度來計(jì)算使用著名的電磁輻射的能量量子化單位h。光速c=2.99792458*108m/s,普朗克常數(shù)h=6.6260755·1034Js,光子輻照度是由或

4、更方便的單元圖像傳感器這些方程用于以W / cm2為單位的輻射計(jì)的輻照度轉(zhuǎn)換成需要用來表征成像傳感器的光子通量。在相機(jī)電子設(shè)備中，由照片輻照度累積的電荷單位被轉(zhuǎn)換成一個(gè)電壓，放大，由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)最終轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字信號(hào)y。整個(gè)過程被假定為線性的，可以用一個(gè)單一的數(shù)量來描述，整個(gè)系統(tǒng)的增益K單位是DN / e-，換言即數(shù)字/電子。這意味著數(shù)字信號(hào)µy為µd是無光存在的平均數(shù)目電子,這意味著黑暗信號(hào)µy.dark =Kµd（單位DN，條件：零輻射）。注意暗信號(hào)通常取決于其他參數(shù)，特別是曝光時(shí)間和環(huán)境溫度(第3節(jié))。方程式(1),(2),(5)。平均

5、灰度值µy和光子輻射之間，在曝光時(shí)間內(nèi)到像素的線性關(guān)系:這個(gè)方程可以用來驗(yàn)證傳感器通過測量的線性平均灰度值與平均光子數(shù)事件在像素和測量反應(yīng)性K斜率的關(guān)系。一旦由公式(9)確定了整個(gè)系統(tǒng)增益K,也可以估計(jì)響應(yīng)度K的量子效率。2.2噪聲模型電荷單位數(shù)（電子）在統(tǒng)計(jì)學(xué)上波動(dòng)。 根據(jù)量子力學(xué)的規(guī)律，概率是泊松分布的。 因此，波動(dòng)的方差等于平均累積電子數(shù)：這種噪聲通常被稱為射擊噪聲，是由物理的基本定律所產(chǎn)生的，它同樣存在于所有類型的照相機(jī)。所有其他噪聲源都取決于傳感器和相機(jī)內(nèi)電子部件的具體構(gòu)造。由于線性信號(hào)模型(2.1節(jié))，所有噪聲源都疊加起來。為了將整個(gè)照相機(jī)電子結(jié)構(gòu)視為一個(gè)黑盒，我們只需要

6、考慮兩個(gè)額外的噪聲源就足夠了。與傳感器讀出和放大器電路相關(guān)的所有噪聲源可以由具有方差2d的獨(dú)立于信號(hào)的正態(tài)分布噪聲源來描述。最后的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(圖1 b)增加了另一個(gè)噪聲源之間均勻分布的量化間隔和方差q 2= 1/12DN2。因?yàn)樗性肼晛碓吹姆讲钍蔷€性的,數(shù)字信號(hào)y的總時(shí)間方差y2，根據(jù)誤差傳播定律給出： 利用方程式(7)和(5)，噪聲與測量的平均數(shù)字信號(hào)有關(guān): 這個(gè)方程式是傳感器特性的核心。噪聲的方差y2與表示光感生的灰度值 µy µy.dark之間存在線性關(guān)系?？梢源_定整個(gè)系統(tǒng)增益K的斜率與暗噪聲方差d2抵消。這種方法稱為光子傳遞方法6,7。2.3信噪比(S

7、NR)信號(hào)的質(zhì)量由信噪比(SNR)來表示，信噪比被定義為根據(jù)公式（6）（8），信噪比表達(dá)式可以表示為 除了由量化噪聲引起的小效應(yīng)外，整個(gè)系統(tǒng)增益K抵消，使信噪比只取決于量 子效率()和暗信號(hào)噪聲d（單位e）。有兩種極限情況:高光子帶和低光子射程：這意味著SNR曲線的斜率由低輻照線性增加到高輻照下的平方根緩慢增加。 真正的傳感器可以被比作一個(gè)理想的傳感器，它的量子效率=1,沒有暗噪聲(d=0)且量化噪聲可以忽略不計(jì)(q/K=0)。給出一個(gè)理想的傳感器信噪比：在信噪比圖中使用這條曲線，可以立即看到一個(gè)真實(shí)的傳感器是如何接近理想的傳感器的。2.4信號(hào)飽和度和絕對靈敏度閾值對于數(shù)碼相機(jī)，它的數(shù)字灰度值

8、在一定范圍（02k1）間。然而，實(shí)際可用的灰度值范圍會(huì)更小。深灰色的平均值µy.dark必須高于零，這樣就沒有明顯的由時(shí)間噪聲產(chǎn)生的底流和暗信號(hào)的不均勻性(確切的定義見第6.5節(jié))。同樣的，由于時(shí)間噪聲噪音和照片響應(yīng)不均勻性，最大可用灰度值低于2k1。因此,飽和輻照µp被定義為測量的最大灰度值與方差之間的關(guān)系(單位光子照射/像素)。這個(gè)定義是根據(jù)公式(9)，隨著灰度值的增加，方差在增加，當(dāng)數(shù)字值被限制到最大數(shù)字灰度值2k-1時(shí)，灰度值再次減小。從飽和輻照µp.sat飽和容量µe.sat可以計(jì)算:飽和容量不能與滿阱電荷相混淆。它通常低于滿阱電荷,因?yàn)樵谖锢?/p>

9、達(dá)到飽和的像素, 信號(hào)被剪切到最大數(shù)字值2k-1。 最小可檢測輻照度或絕對靈敏度閾值p可以通過使用SNR來定義。 所需的平均光子數(shù)是SNR等于1。 為此，需要知道公式（11）的逆函數(shù)。即達(dá)到給定SNR所需的光子數(shù)量。 反轉(zhuǎn)方程（11）得到：在最大限制和最小限制的SNR的中，該方程近似于這意味著對于幾乎所有的相機(jī)，也就是如，當(dāng)（d2+q2）/K2>>1時(shí)，絕對靈敏度閾值可以很好地近似為：信號(hào)飽和與絕對靈敏度閾值的比值定義為動(dòng)態(tài)范圍（DR）：3暗電流3.1均值和方差上一節(jié)中介紹的暗信號(hào)d見公式 （5），是不確定的。 暗信號(hào)的主要原因是熱誘導(dǎo)電子。 因此，暗信號(hào)應(yīng)隨曝光時(shí)間線性增加在這個(gè)

10、方程式中，所有的量以電子（e- /pixel）為單位表示。 這些值可通過由整個(gè)系統(tǒng)的增益K分在單位DN的測量值來獲得（eq（9）。數(shù)量I被稱為暗電流，以e -/（pixel s）為單位給出。 根據(jù)誤差傳播的規(guī)律，暗信號(hào)的方差然后給出計(jì)算公式：因?yàn)闊岣袘?yīng)電子符合以公式（7）與therm2 =therm的泊松分布，因?yàn)椤?如果相機(jī)或傳感器具有暗電流補(bǔ)償，則暗電流只能使用公式（20）。3.2溫度依賴性暗電流的溫度依賴性以簡化的形式建模。 由于電荷單元的熱產(chǎn)生，暗電流隨著溫度的升高大致呈指數(shù)增長4,5,11。 這可以表示為常數(shù)Td具有K或C單位，并導(dǎo)致暗電流的溫度間隔加倍。溫度Tref是執(zhí)行所有其他E

11、MVA 1288測量的參考溫度，I.ref為參考溫度下的暗電流。因?yàn)樗俏ㄒ痪哂泻軓?qiáng)的溫度依賴性的相機(jī)參數(shù)，所以對暗電流溫度依賴性的測量是在不同環(huán)境溫度下進(jìn)行的唯一測量。4空間不均勻性和缺陷像素迄今為止討論的模型只考慮了一個(gè)像素。 然而，像素?cái)?shù)組的所有參數(shù)將隨著像素的變化而變化。有時(shí)這些不均勻性稱為固定模式噪聲或FPN。然而，這種表述是有誤導(dǎo)性的，因?yàn)椴痪鶆蛐允菬o噪聲的，這使得信號(hào)在時(shí)間上變化。 不均勻性只能隨機(jī)分布。 所以最好把這個(gè)效果稱為非均勻性。通常有兩個(gè)基本的不均勻性。 首先，暗信號(hào)對每個(gè)像素都不同。 這種效應(yīng)稱為暗信號(hào)不均勻性，縮寫為DSNU。 其次，靈敏度的變化被稱為光響應(yīng)不均勻性

12、，簡稱為PRNU。EMVA 1288標(biāo)準(zhǔn)以三種不同的方式描述不均勻性。 空間方差（4.1）是空間不均勻性的簡單整體度量。 光譜圖方法（4.2）提供了一種分析圖案或周期性空間變化的方法，這可能會(huì)影響圖像處理操作或觀察者。 最后，缺陷像素的表征（4.3）是根據(jù)應(yīng)用特定標(biāo)準(zhǔn)指定不可用或缺陷像素的靈活方法。4.1空間方差，DSNU和PRNU對于所有類型的空間不均勻性，可以定義空間方差。 這導(dǎo)致等效于時(shí)間噪聲但具有另一個(gè)含義的方程式。對傳感器陣列的所有像素上計(jì)算平均值。 M×N暗場（ydark）和50飽和度圖像（y50）的平均值由下式給出其中M和N分別是圖像的行和列數(shù)，m和n分別是數(shù)組的行和列

13、索引。 同樣，暗場和50飽和度圖像的空間方差s2由下式給出：所有空間方差用符號(hào)s 2表示，以便于它們與時(shí)間方差2區(qū)分開。EMVA 1288標(biāo)準(zhǔn)的DSNU和PRNU值基于空間標(biāo)準(zhǔn)偏差：索引1288已被添加到這些定義中，因?yàn)樵谖墨I(xiàn)中可以找到這些量的許多不同定義。 DSNU1288以單位e-表示，在乘以總體系統(tǒng)增益K后，也可以以單位DN給出。 PRNU1288被定義為相對于平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。 以這種方式，PRNU1288給出了光響應(yīng)不均勻性的空間標(biāo)準(zhǔn)偏差，以%為單位。4.2不均勻類型前面各節(jié)中定義的差異僅給出了空間不均勻性的全面測量。 然而，通常不能假定空間變化是正態(tài)分布的。 這只有在空間變化完全隨

14、機(jī)的情況下才是這樣。 即，不存在變化的空間相關(guān)性。 然而，為了充分描述空間不均勻性，必須考慮幾個(gè)效果：逐漸變化：制造缺陷可能導(dǎo)致整個(gè)芯片的逐漸低頻變化。這種效果不容易測量，因?yàn)樗枰浅＞鶆虻恼丈湫酒?，這是難以實(shí)現(xiàn)的。幸運(yùn)的是，這種效果并沒有顯著降低圖像質(zhì)量。觀察者根本無法檢測到由透鏡（陰影，漸暈）和不均勻照明引入了額外的逐漸變化。因此，對于需要整個(gè)傳感器陣列平坦響應(yīng)的應(yīng)用，必須使用完整的圖像系統(tǒng)來逐步改變。定期變化：這種類型的失真是由電子相機(jī)中的電子干擾引起的，并且非常令人討厭，因?yàn)槿搜勰芊浅Ｃ舾械貦z測到這種失真。同樣，許多圖像處理操作受到干擾。因此，檢測這種類型的空間變化是重要的。這通過計(jì)

15、算頻譜圖來完成最為容易， 即空間變化的功率譜。在頻譜圖中，周期性變化顯示為單位周期/像素中特定空間頻率的尖峰。離群值： 表示單個(gè)像素或像素集與平均值的顯著偏差。 這種不均勻性在第4.3節(jié)中有詳細(xì)的討論。隨機(jī)變化：如果空間不均勻性是純粹隨機(jī)的， 即沒有顯示空間相關(guān)性；功率譜平坦，即變化在所有波長上均勻分布。 這樣的光譜稱為白色光譜。 從這個(gè)描述可以看出，對于譜圖的計(jì)算， 功率譜是一個(gè)很好的工具。4.3缺陷像素隨著應(yīng)用程序需求的不同，不可能找到一個(gè)共同點(diǎn)來精確定義像素有缺陷的時(shí)間。 因此，以直方圖的形式提供關(guān)于像素屬性的統(tǒng)計(jì)信息更合適。 以這種方式，使用者可以使用應(yīng)用程序特定的標(biāo)準(zhǔn)來指定多少像素不

16、可用或存在缺陷。4.3.1對數(shù)直方圖。繪制直方圖與對數(shù)y軸是有用的兩個(gè)原因（圖2a）。 首先，將測量的直方圖與正態(tài)分布進(jìn)行比較很容易，其在對數(shù)圖中顯示為負(fù)形拋物線。因此，容易看出與正態(tài)分布的偏差。 其次，也是罕見的異常值，即例如，可以容易地看到數(shù)百萬像素中的幾個(gè)像素。所有直方圖必須從多個(gè)圖像上的平均值的像素值中計(jì)算出來。 以這種方式，直方圖僅反映空間噪聲的統(tǒng)計(jì)，并且將時(shí)間噪聲平均化。 單個(gè)圖像的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是不同的。 它包含總噪聲，即空間和時(shí)間噪聲。 然而，看到平均圖像直方圖的異常值需要多久才會(huì)在時(shí)間噪聲中消失是有用的（圖2b）。一般來說，偏離模型影響最終應(yīng)用程序的程度很難預(yù)測。 其中一些圖像將被

17、直接觀察，而其他圖像則被各種算法使用。雖然人類通常能夠很好地處理一些像素顯示異常的圖片，但一些算法可能會(huì)受到影響。一些應(yīng)用程序?qū)⑿枰獰o缺陷的圖像，有些應(yīng)用程序?qū)⑷萑桃恍┊惓Ｖ?，而其他?yīng)用程序仍然存在大量像素略有偏差的問題。 所有這些信息可以從對數(shù)直方圖中讀出。4.3.2累積直方圖第二種類型的直方圖，積累的直方圖是有另外作用的（圖3）。計(jì)算出的像素的偏差大于一定量。 這可以很容易地與應(yīng)用程序的要求相關(guān)。相機(jī)或芯片制造商的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可以很容易地繪制在該圖中。通常，檢測標(biāo)準(zhǔn)是只有一定量的像素偏離超過某個(gè)閾值。 這可以通過圖中的矩形區(qū)域來反映。在這里，它被稱為阻擋帶，類似于高頻技術(shù)的圖紙，應(yīng)該是電子工程

18、師非常熟悉的。4.4高通濾波本節(jié)討論了光響應(yīng)分布可能由照明源的逐漸變化主導(dǎo)的問題，特別是輻射度朝向傳感器邊緣的典型脫落。 然而，由于兩個(gè)原因，圖像傳感器的低頻空間變化不太重要。 首先，鏡頭會(huì)朝向圖像的邊緣（透鏡陰影）引入脫落。 除了特殊的低遮蔽鏡片，這種效果對低頻空間變化作出了重大貢獻(xiàn)。 其次，幾乎所有的圖像處理操作對逐漸的照射變化都不敏感。另見第4.2節(jié)討論項(xiàng)目逐漸變化。為了顯示相機(jī)的屬性而不是不完美的照明系統(tǒng)的屬性，在計(jì)算第4.3.1節(jié)4.3.2節(jié)討論的缺陷像素特性的直方圖之前，應(yīng)用高通濾波。這樣就抑制了低空間頻率傳感器特性的影響。高通濾波使用盒式濾波器進(jìn)行，詳見附錄C.5.5概述測量設(shè)置

19、和方法根據(jù)EMVA 1288標(biāo)準(zhǔn)的表征需要三種不同的測量設(shè)置：1.使用均勻單色光源測量靈敏度，線性和不均勻性的設(shè)置（第6和8節(jié)）。2.暗電流的溫度依賴性的測量需要一些手段來控制攝像機(jī)的溫度。 在標(biāo)準(zhǔn)溫度下測量暗電流不需要特殊設(shè)置（第7節(jié)）。3.在傳感器敏感的整個(gè)波長范圍內(nèi)的量子效率的光譜測量設(shè)置（第9節(jié)）。以下各節(jié)介紹測量設(shè)置，并詳細(xì)說明測量過程。 所有相機(jī)設(shè)置（除了聲明的曝光時(shí)間的變化之外）對于所有測量必須相同。 對于不同的設(shè)置（例如增益），必須獲取不同的測量集合，并且必須呈現(xiàn)包含可能影響相機(jī)特性的所有參數(shù)的不同參數(shù)組。 線掃描傳感器被視為區(qū)域掃描傳感器。 獲取至少100行到一個(gè)圖像，然后進(jìn)

20、行與區(qū)域掃描相機(jī)的所有評(píng)估，除了垂直譜圖的計(jì)算（第8.2節(jié)）。并非所有測量都是強(qiáng)制性的，如表1所示。如果報(bào)告了至少一臺(tái)攝像機(jī)的所有強(qiáng)制測量結(jié)果，則數(shù)據(jù)手冊僅符合EMVA 1288標(biāo)準(zhǔn)。 如果報(bào)告了可選的測量，這些測量必須完全符合相應(yīng)的EMVA 1288程序。圖5-12所示的所有示例性評(píng)估來自模擬數(shù)據(jù)，因此也用于驗(yàn)證方法和算法。 模擬了12位640×480攝像機(jī)，其量子效率= 0.5，暗值為29.4 DN，增益K=0.1，暗噪聲0=30 e-（y.dark=3.0DN），并具有 輕微的非線性相機(jī)特性。DSNU具有白色空間標(biāo)準(zhǔn)偏差sw = 1.5 DN和幅度為1.5 DN的兩個(gè)正弦圖案，

21、水平和垂直方向的頻率分別為0.04和0.2厘米/像素。 PRNU的空白標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.5。 此外，模擬了一種略微不均勻的照明，邊緣向邊的二次脫落約3。6靈敏度，線性和噪聲的方法6.1均勻光源幾何對于靈敏度，線性和不均勻性的測量，需要具有光源的設(shè)置，均勻地照射圖像傳感器，而無需安裝鏡頭。因此，傳感器由距離傳感器平面距離d處的放置在照相機(jī)前面的直徑為D的漫射盤形光源照射（圖4a）。 每個(gè)像素必須以一定的角度從整個(gè)磁盤接收光。 這可以通過設(shè)置的f號(hào)來定義，這被定義為：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的測量需要f數(shù)為8。最好的均勻光源是一個(gè)積分球。 因此，不需要，但推薦使用這種光源。 但是，即使使用完美的積分球，傳感器區(qū)域

22、照射的均勻性取決于傳感器的直徑D，如圖4b所示9,10。 距離d=8·D（f-number 8），圖像傳感器的直徑D等于光源的直徑，減小僅為約0.5（圖4b）。 因此，傳感器面積的直徑不應(yīng)大于光源開口的直徑。由于以下一個(gè)或多個(gè)原因，即使具有積分球的實(shí)際照明設(shè)置也具有更差的不均勻性：鏡頭座反射：透鏡座的墻壁上的反射會(huì)導(dǎo)致顯著的不均勻性，特別是如果鏡頭座的內(nèi)壁沒有被適當(dāng)設(shè)計(jì)，并且未被小心地涂黑，并且圖像傳感器的直徑接近透鏡座的自由內(nèi)徑。各向異性光源：根據(jù)設(shè)計(jì)，一個(gè)真正的積分球?qū)@示一些殘余的不均勻性。對于其他類型的光源來說更為如此。因此，必須指定照明的空間不均勻性E。應(yīng)給出測量圖像傳感器

23、的面積上的最大和最小照射之間的差值除以平均照射百分比：建議E不大于3。該建議的理由是，線性度應(yīng)在傳感器全范圍的5-95范圍內(nèi)進(jìn)行測量（見第6.7節(jié)）6.2光源的光譜性質(zhì)灰度級(jí)相機(jī)的測量使用全寬半最大值（FWHM）小于50nm的單色光進(jìn)行。對于單色相機(jī)，建議使用中心波長的光源，以達(dá)到被測相機(jī)的最大量子效率。對于彩色攝像機(jī)的測量，光源必須以不同的波長范圍進(jìn)行操作，每個(gè)波長范圍必須接近相應(yīng)顏色通道之一的最大響應(yīng)。通常是藍(lán)色，綠色和紅色，但它可以是包括紫外線和紅外線中的通道的顏色通道的任意組合。 這樣的光源可以實(shí)現(xiàn)，例如 例如通過發(fā)光二極管（LED）或?qū)拵Ч庠矗ɡ绨谉霟簦┗蚓哂羞m當(dāng)帶通濾光器的弧光燈

24、。峰值波長p，質(zhì)心波長c和全寬半最大值（FWHM）必須指定光源。 最好的方法是使用光譜儀直接測量這些數(shù)量。 使用光源制造商提供的規(guī)格也是有效的。 對于具有帶通濾波器的鹵素光源，通過將相應(yīng)的黑體曲線與濾波器的透射曲線相乘來給出光源的光譜分布的良好估計(jì)。根據(jù)式（2），使用光源的質(zhì)心波長計(jì)算光子數(shù)。6.3照射變化基本上，有三種改變傳感器照射的可能性， 即圖像傳感器接收的每個(gè)區(qū)域的輻射能量：1.恒定照明，可變曝光時(shí)間。利用這種方法，光源以恒定的輻射度工作，并且照射通過曝光時(shí)間的變化而改變。 照射H被給出為照相機(jī)的曝光時(shí)間texp的輻照度E倍。 因?yàn)榘敌盘?hào)通?？赡苋Q于曝光時(shí)間，所以需要在使用的每個(gè)曝光

25、時(shí)間測量暗圖像。 絕對校準(zhǔn)取決于真實(shí)的曝光時(shí)間等于相機(jī)中設(shè)置的曝光時(shí)間。2.持續(xù)曝光時(shí)間可變連續(xù)照明。利用這種方法，光源的輻射度可以通過任何技術(shù)上可能的方式而變化，這種方式是可以充分重現(xiàn)的。 使用LED可以通過改變電流來實(shí)現(xiàn)。 照射H被給出為照相機(jī)的曝光時(shí)間texp的輻照度E倍。 因此，絕對校準(zhǔn)取決于真實(shí)的曝光時(shí)間等于相機(jī)設(shè)置的曝光時(shí)間。3.曝光時(shí)間恒定的脈沖照明。通過這種方法，傳感器的照射可以通過LED的脈沖長度而改變。當(dāng)接通時(shí)，將恒定電流施加到LED。 照射H被給出為LED輻照度E乘以脈沖長度t。 傳感器曝光時(shí)間設(shè)置為一個(gè)恒定值，大于LED的最大脈沖長度。 LED脈沖由相機(jī)的“積分使能”或

26、“選通”信號(hào)觸發(fā)。LED脈沖必須在積分時(shí)間開始時(shí)具有很短的延遲，并且必須確保脈沖適應(yīng)于曝光間隔 所以觸發(fā)抖動(dòng)沒有問題。 脈沖照明技術(shù)不能用于卷簾快門模式。 或者，可以使用外部觸發(fā)源來觸發(fā)傳感器曝光，并且LED同步閃爍。根據(jù)第1節(jié)所述的基本假設(shè)1和2，所有三種方法都是等效的，因?yàn)樗占墓庾拥牧?，因此?shù)字灰度值僅取決于輻照度E和時(shí)間的乘積。所以，對于遵循2.1節(jié)所述的線性信號(hào)模型的相機(jī)，所有三個(gè)測量值是相等的。根據(jù)可用設(shè)備和要測量的攝像機(jī)的屬性，可以選擇三種照射變化技術(shù)之一。6.4照射校準(zhǔn)必須通過使用放置在圖像傳感器位置的校準(zhǔn)光電二極管來絕對校準(zhǔn)輻照度。 校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)給出的光電二極管的校準(zhǔn)精度以及與

27、測量設(shè)置相關(guān)的可能的附加錯(cuò)誤必須與數(shù)據(jù)一起指定。 取決于光的波長，絕對校準(zhǔn)的精度通常在3和5之間。 參考光電二極管應(yīng)至少每二年重新校準(zhǔn)一次。 這也將是測量的量子效率的最小系統(tǒng)誤差。為了應(yīng)用光子轉(zhuǎn)移方法（第2.2節(jié)和第6.6節(jié)），并且以足夠的精度測量傳感器的線性度（第2.1節(jié)和第6.7節(jié)），不同輻照度水平的校準(zhǔn)精度必須遠(yuǎn)高于絕對精度。 因此，校正曲線與線性回歸的標(biāo)準(zhǔn)偏差必須低于最大值0.1。6.5線性和靈敏度測量條件溫度： 測量在室溫或控制溫度下升高到室溫以上。 必須指定溫度控制的類型。 通過將溫度傳感器放置在鏡頭座上，通過良好的熱接觸來測量攝像機(jī)外殼的溫度。 如果使用冷卻的相機(jī)，請指定設(shè)定溫度

28、。 在相機(jī)進(jìn)入熱平衡之前，不要開始測量。數(shù)字分辨率：將比特?cái)?shù)設(shè)置為盡可能高，以便最小化量化對測量的影響。增益：設(shè)置攝像機(jī)的增益盡可能小，由于任何像素的全部容量都不會(huì)使信號(hào)飽和（這幾乎不會(huì)發(fā)生）。 如果以這種最小增益，暗噪聲y.dark小于0.5 DN，則暗噪聲無法可靠地測量 （這種情況只發(fā)生在具有高質(zhì)量傳感器的8位相機(jī)的罕見情況下），只能計(jì)算出時(shí)間暗噪聲的上限。 然后動(dòng)態(tài)范圍受到量化噪聲的限制。偏移：將相機(jī)的偏移設(shè)置為盡可能小，但足夠大，以確保包含時(shí)間噪聲和空間不均勻性的暗信號(hào)不會(huì)引起任何明顯的下溢。 這可以通過將偏移量設(shè)置為數(shù)字值來實(shí)現(xiàn)，使得小于約0.5的像素下溢，即具有零值。 通過計(jì)算直方

29、圖可以很容易地檢查這個(gè)限制，并確保不超過0.5的像素位于零點(diǎn)。輻照度值的分布：使用至少50個(gè)相等間隔的曝光時(shí)間或照射值，從暗灰度值和最大數(shù)字灰度值得到數(shù)字灰度值。 僅用于生產(chǎn)測量，可以采用少于9個(gè)適當(dāng)選擇的值。測量次數(shù)：在每個(gè)輻照級(jí)別拍攝兩幅圖像。 為了避免實(shí)時(shí)抓取開始時(shí)的瞬時(shí)現(xiàn)象，圖像A和B是從實(shí)時(shí)圖像序列中獲取的。 還需要在每個(gè)曝光時(shí)間拍攝兩張圖像，每個(gè)曝光時(shí)間用于正確確定深灰色值的平均值和方差，這可能取決于曝光時(shí)間（第3節(jié)）。6.6根據(jù)光子測量的評(píng)估轉(zhuǎn)移方法如第2節(jié)所述，光子傳輸方法的應(yīng)用和量子效率的計(jì)算需要測量平均灰度值和灰度的時(shí)間方差以及單位光子/像素中每像素的輻照度。 平均值和方差

30、計(jì)算方法如下：平均灰度值：從兩個(gè)捕獲的M×N圖像yA和yB計(jì)算在有效區(qū)域的每個(gè)照射水平的所有N個(gè)像素上的灰度值y的平均值對所有行i和列j進(jìn)行平均。以相同的方式，計(jì)算暗圖像的平均灰度值y.dark?；叶戎档臅r(shí)間方差：通常，時(shí)間方差的計(jì)算需要捕獲許多圖像。 然而，在第1節(jié)提出的假設(shè)中，噪聲是靜止的和均勻的，所以取得兩個(gè)圖像的平方差的平均值就足夠了因?yàn)閮蓚€(gè)值的差的方差是兩個(gè)值的方差之和，所以以這種方式計(jì)算的方差必須除以2，如方程（29）所示。根據(jù)光子轉(zhuǎn)移方法估算衍生量如下：飽和度：飽和灰度值y.sat作為平均灰度值，其中方差y具有最大值（見圖6中的垂直虛線）。 要找到該值，建議采用以下步驟

31、：通過從右側(cè)掃描光子轉(zhuǎn)移曲線并給出下一個(gè)兩點(diǎn)較低的第一點(diǎn)給出飽和點(diǎn)。 對于平滑光子轉(zhuǎn)移曲線，這相當(dāng)于取絕對最大值。 可以使用任何其他確定性算法。 該算法必須記錄在案，并且必須提供與通過EMVA網(wǎng)站發(fā)布的參考數(shù)據(jù)集相同的結(jié)果。響應(yīng)R：根據(jù)式（6），斜率的關(guān)系：µy - µy.dark = Rµp（零偏移）給出響應(yīng)度R =K。 對于該回歸，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)必須在最小值和70飽和度（0.7（y.sat-y.dark）之間的范圍內(nèi)使用（圖5）?？傮w系統(tǒng)增益K：根據(jù)方程（9），給出斜率的關(guān)系y2 - y.dark2= K（y-y.dark）（零偏移）給出絕

32、對增益系數(shù)K.選擇相同范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)以用于估計(jì)響應(yīng)度（見上文和圖6）。在所選范圍內(nèi)計(jì)算y2-y.dark2與y-y.dark的最小二乘線性回歸，并指定增益因子K。量子效率：量子效率以響應(yīng)度R =K與整個(gè)系統(tǒng)增益K的比值給出：對于單色相機(jī)，因此僅對帶寬不大于50nm的單個(gè)波長帶獲得量子效率。 因?yàn)椴噬珨z像機(jī)的所有測量都針對所有顏色通道進(jìn)行，所有這些波段的量子效率都被獲得并被報(bào)告。 對于使用濾色器圖案的彩色照相機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)分別對重復(fù)圖案中的任何像素位置進(jìn)行分析。 例如，對于拜耳模式，總共有四個(gè)顏色通道，主要是兩個(gè)獨(dú)立的綠色通道，藍(lán)色通道和紅色通道。時(shí)間暗噪聲：需要計(jì)算兩個(gè)值。1.對于6.3節(jié)中可變曝光

33、時(shí)間的測量方法1發(fā)現(xiàn)暗噪聲是ydark2與曝光時(shí)間的線性對應(yīng)關(guān)系的偏移。對于6.3節(jié)中的測量方法2和3，在最小曝光時(shí)間進(jìn)行額外的測量以估計(jì)y.dark。 使用此值計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍。 該值給出了給定位分辨率下相機(jī)的實(shí)際性能，因此包括量化噪聲。2.為了以e-為單位計(jì)算時(shí)間暗噪聲（沒有量化效應(yīng)的傳感器的數(shù)量），減去量化噪聲并使用如果y.dark2<0.24，則時(shí)間噪聲由量化噪聲支配，并且不可靠的估計(jì)是可能的（C.4節(jié)）。 那么y.dark必須設(shè)置為0.49，單位為e的時(shí)間暗噪聲的上限沒有量化的影響，由絕對靈敏度閾值pmin：使用定義方程（17），計(jì)算絕對靈敏度閾值pmin。飽和容量psat：將飽和

34、容量psat計(jì)算為光子數(shù)，該光子對應(yīng)于灰度值與光子的方差之間的測量關(guān)系的最大值。 單位為e-的飽和容量esat由公式（14）給出。信噪比（SNR）：根據(jù)方程（10），測量的平均值和灰度值的方差用于計(jì)算SNR。 使用測量的量子效率和時(shí)間暗噪聲d和量化噪聲（圖7），將這些值與方程（11）中的線性模型的理論曲線一起繪制在雙對數(shù)圖中。 還計(jì)算使用的飽和輻射的最大可實(shí)現(xiàn)SNRmax。并以dB（20log10SNR）和比特（log2SNR）表示該值。動(dòng)態(tài)范圍（DR）：使用2.4節(jié)中的公式（18）來計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍。 應(yīng)以dB（20log10DR）和以bits（log2DR）為單位的比率給出。6.7線性度的評(píng)估

35、根據(jù)6.5節(jié)，至少有9對平均數(shù)字灰度yi和照射值Hi可用。通過計(jì)算最小二乘線性回歸與飽和容量p.sat-p.dark的5和95之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)來確定線性度。偏移a0和斜率a1（圖8a）。 使用該回歸，可以通過計(jì)算與回歸的相對偏差i%=yi-y.darki-(a0+a1Hi)0.9(y.sat-y.dark) （35）其中y.dark和y.sat分別是暗和飽和灰度值（圖8b）。因子0.9來自以下事實(shí)：僅考慮在飽和容量ysat的5%和95之間的范圍內(nèi)的值。 然后將線性誤差定義為最大偏差與最小偏差的差的平均值因此定義了線性回歸的正和負(fù)偏差的平均值。7暗電流的檢測方法7.1在一個(gè)溫度下對暗電流的評(píng)估暗電流

36、測量不需要照明源。 從第3節(jié)的方程（19）和（20）可以看出，暗電流可以從平均值的線性增加或暗灰度值ydark與曝光時(shí)間的方差進(jìn)行測量。 當(dāng)然，優(yōu)選的方法是平均值的測量，因?yàn)榭梢员确讲罡鼫?zhǔn)確地估計(jì)平均值。 但是，如果相機(jī)具有暗電流補(bǔ)償，則必須使用方差來估計(jì)暗電流。必須選擇至少六個(gè)相等間隔的曝光時(shí)間。 對于低暗電流，可能需要選擇比靈敏度，線性度和噪聲測量長得多的曝光時(shí)間。然后將暗電流作為暴露時(shí)間與暗值的平均值和/或方差之間的關(guān)系的斜率給出。 測量的暗值的直接回歸給出單位DN / s的暗電流。 使用測量的增益K（單位DN / e-）也以單位e- / s表示暗電流。如果相機(jī)的曝光時(shí)間不能設(shè)置得足夠長

37、以導(dǎo)致暗電流的有意義的值，則該值仍然必須與回歸的一位誤差一起報(bào)告。 以這種方式，至少可以給出暗電流的上限，條件是I+I> 0.然后自動(dòng)飽和時(shí)間的下限7.2溫度對暗電流的評(píng)估如上所述，對于不同的殼體溫度，通過測量暗電流來確定暗電流的加倍溫度。 溫度必須在相機(jī)工作溫度的整個(gè)范圍內(nèi)變化。 將封蓋的相機(jī)放在氣候暴露柜中，或以另一種合適的方式控制其溫度，并將殼體溫度驅(qū)動(dòng)到下一次測量所需的值。 對于具有內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)和圖像傳感器冷卻的攝像機(jī)，不需要?dú)夂蚬瘛?那么暗電流的溫度依賴性只能在可設(shè)定的溫度范圍內(nèi)測量。溫度變化后，直到攝像機(jī)值穩(wěn)定。 這最容易通過連續(xù)測量最大曝光時(shí)間的暗值來完成。 對于每個(gè)溫度，

38、通過采取一系列具有不同曝光時(shí)間的測量來確定暗電流，如第7.1節(jié)所述。為了確定加倍溫度，必須將暗電流的對數(shù)繪制為溫度T的函數(shù)。 然后根據(jù)式（21），獲得線性關(guān)系并且加倍溫度Td作為log 10（2 / a1）作為最小二乘線性回歸的倒數(shù)斜率a1給出。8空間不均勻性和缺陷像素的方法空間不均勻性和缺陷像素表征的測量以與靈敏度，線性和噪聲相同的設(shè)置進(jìn)行，如第6節(jié)所述。因此，基本測量條件也相同（第6.5節(jié)）。所有描述不均勻性的量必須從許多圖像上平均灰度值計(jì)算。這是因?yàn)闀r(shí)間噪聲（y1）的變化通常大于空間變化的方差（sy0.3-0.5）?？梢酝ㄟ^對L個(gè)圖像進(jìn)行平均來抑制時(shí)間噪聲。典型的數(shù)字意味著至少需要L =

39、 16個(gè)圖像y的序列s，以使得與y2/L相比，sy變大。選擇這個(gè)低值，以便該方法也可以應(yīng)用于快速在線檢查。然而，最好將時(shí)間噪聲抑制到不再影響空間噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差的延伸。這需要L =100-400張圖像的平均值：8.1空間標(biāo)準(zhǔn)偏差，DSNU，PRNU和總SNR當(dāng)根據(jù)方程（23）和（24）求平均L圖像時(shí)的測量方差sy.measured2必須針對時(shí)間噪聲的殘差方差進(jìn)行校正。 這可以簡單地通過減去剩余時(shí)間方差來完成：時(shí)間噪聲的方差必須直接從相同的圖像堆疊s 1計(jì)算，作為每個(gè)像素的方差平均值，使用根據(jù)第4.1節(jié)中的等式（25）給出DSNU1288和PRNU1288值：DSNU1288和PRNU1288值可

40、用于將空間非均勻性包含在SNR中，從而產(chǎn)生總SNR。 從公式（43）中的PRNU1288的定義可以將方差sy2表示為sy2= sy.dark2 +（PRNU1288）2（y-y.dark）2通過公式（42）中的DSNU1288的定義，并使用靈敏度曲線方程（6）將平均值代入光子的平均數(shù)，單位DN2的空間不均勻性的方差為由于空間不均勻性的方差項(xiàng)sy 2= K2（單位e-）可以加到SNR中以產(chǎn)生總SNR：這個(gè)總SNR的模型曲線必須加到圖7的SNR圖中。8.2水平和垂直光譜圖水平光譜圖的計(jì)算需要以下計(jì)算步驟：1.從圖像y中減去平均值。2.計(jì)算每行向量y m的傅里葉變換：3.計(jì)算所有M行譜平均功率譜p

41、v：其中上標(biāo)表示復(fù)共軛。 根據(jù)方程（47）的功率譜被縮放，使得白噪聲獲得具有對應(yīng)于空間方差sy2的平均值的平坦頻譜。在頻譜圖中，功率譜的平方根pv ½被顯示為空間頻率v / N（以每像素的周期為單位）的函數(shù)，直到v = N / 2（ 奈奎斯特頻率）。 僅繪制功率譜的第一部分就足夠了，因?yàn)楣β首V具有均勻的對稱性pN-v=pv，v1，N/2在這些圖中，白噪聲的電平直接對應(yīng)于空間白噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差。 還畫出一條線與時(shí)間白噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差y（圖9和10）。 以這種方式，比較空間和時(shí)間噪聲是容易的。 請注意，譜圖中的峰值高度不等于相應(yīng)周期模式的大小。 可以通過將屬于k的功率譜中的空間頻率相加來計(jì)算

42、周期性模式的幅度a對于垂直光譜圖（僅適用于區(qū)域相機(jī)），執(zhí)行相同的計(jì)算（圖9b和圖10b）。 只有行和列必須互換。4.將等式（43）中的DSNU1288等式（42）和PRNU1288的一行添加到相應(yīng)的頻譜圖（圖9和10）。5.空間方差的白噪聲部分sywhite2然后由功率譜的中值給出。 通過對向量p中的N值進(jìn)行排序，可以容易地計(jì)算中值，這是升序，以給出新的向量psorted。 中位數(shù)是位置的值，psortedN/2。8.3缺陷像素表征在評(píng)估PRNU圖像y0=y50-ydark之前，此圖像必須按照第4.4節(jié)和附錄C.5中的詳細(xì)說明進(jìn)行高通濾波。在DSNU圖像ydark中沒有任何高通道濾波。 對數(shù)直

43、方圖的計(jì)算涉及每個(gè)平均和高通濾波不均勻圖像y的以下計(jì)算步驟。 建議通過以下程序獲得最佳平滑直方圖：1.計(jì)算最小值和最大值ymin和ymax。2.將最小值和最大值之間的間隔部分配為相等寬度的Q=L（ymax-ymin）+1個(gè)倉，以獲得1 / L的最優(yōu)倉寬。 平均圖像的數(shù)量以L表示。如果箱數(shù)超過Q> 256，則間隔寬度可以設(shè)置為I / L（I = 2,3，.），使得箱的數(shù)量低于或等于 在這種情況下，箱數(shù)是：Q = L / I（ymax-ymin）+ 13.使用這些分區(qū)計(jì)算具有圖像的所有值的直方圖。 要增加值y的倉 q作為與平均值的偏差的箱的中心的值被給出為：4.在半對數(shù)圖中繪制直方圖。 使用與軸平移值相關(guān)的數(shù)值的x軸。 y軸必須從低于1開始，以便可以觀察到單個(gè)偏移像素。5.將與非白色方差snw2對應(yīng)的正態(tài)概率密度分布作為虛線添加到圖中：其中yq通過將式（49）反轉(zhuǎn)為在倉中間的y值給出：累積的對數(shù)直方圖給出了與平均值絕對偏差的概率分布（概率密度函數(shù)的積分）。 因此，積累的對數(shù)直方圖給出了相對于絕對偏差顯示與平均值至少一定絕對偏差的像素?cái)?shù)。 計(jì)算涉及以下步驟：1.從平均和高通濾波的不均勻圖像y中減去平均值，取絕對值：2.計(jì)算y的最大值ymax; 最小值為零。3.將零和最大值之間的間隔部分分配成相等寬度的Q = Lymax'倉，以