Исследователи Лаборатории фотоники и оптической обработки информации Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ разработали быстрый и точный метод оценки шумов фотосенсоров цифровых камер, который сможет упростить разработку, тестирование и характеризацию цифровых камер различных типов. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале IEEE Sensors Journal .
Цифровые камеры начинают все шире использоваться и в науке, и в промышленности и даже в космосе
Качество работы цифровых фото- и видеокамер часто ухудшает шум пикселей фотосенсора, который возникает из-за неравномерности потока фотонов, различия в фоточувствительности разных пикселей, преобразования сигнала в цифровой вид и других причин.
Например, можно повысить качество снимков, особенно при регистрации быстропротекающих и динамических процессов, при низкой освещенности сцены и при малом времени экспозиции.
По мере расширения сферы применения цифровых камер, все большее значение приобретает информация о шумах сенсоров. Знание параметров которых позволяет улучшить работоспособность оптических систем.
В частности, информация о шумовых параметрах позволяет для обучения нейросетей синтезировать изображения, которые делает конкретная камера, с реалистичными шумами. Она даже помогает оценивать возможности камеры применительно к конкретным задачам.
«Исследователи НИЯУ МИФИ разработали быстрый и точный метод оценки шумов фотосенсоров цифровых камер. Обычно выделяют четыре основные вида шума фотосенсоров: световой пространственный, темновой пространственный, световой временной и темновой временной. Каждый вид имеет свои особенности, причины и способы подавления. Разработанный метод позволят оценить не только величину полного шума, но и значения каждого вида шума по отдельности, что особенно ценно и полезно, – сообщил сотрудник лаборатории, кандидат физико-математических наук, доцент Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Павел Черёмхин.– Разработанный нами метод применяет разделение кадров по группам пикселов, специальную сортировку полученных сигналов и процедуру интерполяции. В результате, для измерения шума достаточно сделать всего лишь четыре снимка: два темновых и два световых. Это чрезвычайно мало в сравнении с рекомендациями современных стандартов, когда требуется регистрировать десятки серий кадров по два снимка в каждом. Кроме того, экспериментальная схема разработанного метода стала проще».
По словам ученого, метод был апробирован на цифровых камерах с различным устройством фотосенсора, при этом точность измерений оказалась не хуже стандартной, а затраченное на измерения время сократилось в десятки раз.
«Разработанный метод можно использовать как отдельно, так и совместно со стандартами, что позволяет применять его, в том числе, при разработке, тестировании и характеризаци цифровых камер различных типов», – отметил сотрудник лаборатории, инженер Александр Козлов.
Исследователи продолжат работы по этой теме. Сейчас в лаборатории разрабатываются эффективные методы шумоподавления и цифровые фильтры, входными параметрами которых являются измеренные шумовые характеристики. В ближайшей перспективе – работа по упрощению процедуры идентификации цифровых камер по снимку и некоторые другие прецизионные научные и метрологические задачи.
Работа выполнена в рамках гранта Российского научного фонда (РНФ) № 22-29-00603.
