۱۳۹۹/۰۶/۰۳ ۱۴:۰۹ ۸۸
طبقه بندی: تست و کالیبراسیون سنجنده
چچ
منابع نویز در آشکارساز

منابع نویز در آشکارساز

منشأ اصلی کاهش کیفیت تصاویر ماهواره‌ای، وجود نویزهای آرایه آشکارساز است؛ بر این اساس شناخت دقیق و ‏اتخاذ تمهیداتی جهت کاهش عوامل آن در یک سامانه تصویربرداری فضایی بسیار ضروری است. در این مطالعه به نحوه تأثیر نویز ها پرداخته شده است

منابع نویز در ‏یک آرایه متفاوت است اما همه آن‌ها به‌ صورت تغییراتی در شدت تصویر بروز می‌یابند. انواع نویز در سامانه‌ های ‏ثبت تصویر را می‌ توان در 6 گروه دسته‌ بندی کرد که به ترتیب عبارت‌ اند از:‏

  1. ‏نویز فوتون
  2. ‏نویز جریان تاریک
  3. ‏نویز الگو ثابت
  4. ‏نویز ریست
  5. ‏نویز تقویت‌کننده
  6. ‏نویز کوانتیزاسیون

با توابع انتقال متفاوت، ‌هر دو سیستم الکترونیک و اپتیک می‌بایست با حداکثر سیگنال به نویز در نظر گرفته ‏شوند. نویز شات فوتون،‌ تغییرات حرارتی در سیگنال خروجی ایجاد می‌کند که متناسب با ریشه مربعی سطح ‏سیگنال برحسب الکترون است. مقدار خروجی هر پیکسل تفاوت اندکی خواهد داشت. در شرایط ایده آل، جریان ‏تاریک همه پیکسل‌ها باید یکسان باشد، ‌با کم کردن این مقدار از همه پیکسل‌ها، مقدار سیگنال مطلوب باقی ‏خواهد ماند. هرچه دمای آرایه آشکارساز کمتر باشد، ‌نویز جریان تاریک کمتر خواهد بود. شکل ذیل تصویر نویز ‏جریان تاریک در یک آرایه نوعی به ازای دماهای مختلف را نشان می‌دهد. همان‌گونه که مشاهده می‌شود،‌ با ‏کاهش دما از شدت این نویز کاسته می‌شود.‏


تصویر نویز جریان تاریک در دماهای مختلف
شکل 1 - تصویر نویز جریان تاریک در دماهای مختلف


بااین‌وجود جریان تاریک همچنان نوساناتی دارد که حتی با کم کردن مقدار میانگین، این نوسانات باقی می‌ماند ‏و نویز الگو ثابت را ایجاد می‌کند. خازن خروجی بعد از هر بار بازخوانی ریست می‌شود. خطاها در ولتاژ ریست ‏به‌صورت نوسانات سیگنال خروجی ظاهر می‌شود. نویزهای قبل و بعد از تقویت‌کننده نیز به مجموع نویزهای ‏مذکور اضافه می‌شود. این نویز با افزایش بهره تقویت‌کننده، کاهش می‌یابد. در نهایت مبدل آنالوگ به دیجیتال ‏نویز کوانتیزاسیون را ایجاد می‌کند که با افرایش سطوح کوانتیزاسیون می‌توان این نویز را کاهش داد. در میان ‏نویزهای فوق،‌ تنها نویز شات فوتون و نویز تقویت‌کننده دامنه سیگنال را تحت تأثیر قرار می‌دهند و دیگر ‏نویزها دامنه سیگنال را ثابت نگه می‌دارند. این الگوهای نویز از یک پیکسل به پیکسل دیگر و از یک فریم به ‏فریم دیگر تغییر می‌کنند. شکل ذیل طرح‌واره انتقال سیگنال در یک آشکارساز فوتونی را نشان می‌دهد.‏


طرح‌واره انتقال سیگنال در یک آشکارساز فوتونی
شکل 2 - طرح‌واره انتقال سیگنال در یک آشکارساز فوتونی


نویز الگو به هر الگوی مکانی گفته می‌شود که از یک فریم به فریم دیگر تغییرات عمده‌ای نداشته باشد. نویز ‏الگوی ثابت از تفاوت در اندازه آشکارسازها، غلظت ناخالصی و ذرات خارجی که هنگام ساخت ممکن است در ‏تله‌های سیلیکون به دام بیافتد، ناشی می‌شود. نویز غیریکنواختی پاسخ نیز ناشی از تفاوت اندازه پیکسل‌ها، ‏پاسخ طیفی و ضخامت لایه نشانی‌ها است و هنگامی اتفاق می‌افتد که هر پیکسل مقدار میانگین متفاوتی داشته ‏باشد. میانگین‌گیری بر روی فریم‌ها،‌ همه نویزها را به‌غیراز نویز الگو ثابت و غیریکنواختی پاسخ، کاهش می‌دهد. ‏این دو نویز را به‌طورکلی نویز صحنه یا نویز الگو می‌نامند.‏
معمولاً همه نویزها را برحسب الکترون‌های معادل در خروجی آشکارساز مشخص می‌کنند. بدیهی است که اندازه ‏نویز برابر با ریشه میانگین مربعی فرآیند تصادفی عوامل نویز است. در محاسبات، توان های نویز به‌صورت ‏جمع‌پذیر در نظر گرفته می‌شوند که به‌صورت رابطه ذیل بیان می‌شود:‏


الگوریتم توان های نویز به‌صورت ‏جمع‌پذیر در نظر گرفته می‌شوند


در این رابطه ‏n2‎‏ واریانس نویز برای منابع مختلف و مجذور آن انحراف معیاری است که در واحدهای ‏rms‏ ‏اندازه‌گیری می‌شود. مقادیر مذکور برای محاسبه و تحلیل نسبت سیگنال به نویز و کیفیت رادیومتریک یک ‏سامانه تصویربرداری، معمولاً توسط سازنده آرایه اعلام می‌شود که البته این مقدار در دستگاه‌ها و سازندگان ‏مختلف متفاوت می‌باشد. ‏ در نهایت جهت استفاده از یک آرایه در سنجنده فضایی، ضروری است تمام فرآیندهای ارزیابی و کالیبراسیون، ‏مجددا بر روی آن آرایه انجام شود تا مشخصات دقیق رادیومتریک و اطمینان از صحت عملکرد آن در شرایط ‏مختلف جهت موفقیت در مأموریت فضایی حاصل گردد.


آدرس کوتاه شده: