Ruído de patrón fixo

O ruído de patrón fixo, ou no seu acrónimo en inglés FPN (Fixed-Patern Noise) é a falta de uniformidade nos valores de saída dos píxeles nun sensor de imaxe dixital baixo unha iluminación uniforme. Os fotodiodos presentan variacións de sensibilidade e rendemento que teñen como consecuencia unha ausencia de consistencia na saída do sinal. Estas variacións increméntanse cando non contamos con iluminación externa.

Este patrón de ruído inclúe o concepto dos "píxeles quentes", que se definen como tales cando a intensidad dun píxel está moi por riba das flutuacións aleatorias de ruído ambiente. O ruído de patrón fixo acostuma aparecer durante os tempos de exposición moi longos do sensor e agrávase co aumento da temperatura.

Este patrón de ruído é único para cada sensor, se se mide nas mesmas condicións de temperatura e duración da exposición, pero difire entre distintos sensores. Tomando $vo$ como o valor do píxel nominal (baixo unha iluminación uniforme), e o valor de saída do píxel do sensor $vij$ para 1≤$i$≤n e 1≤$j$≤m, entón o ruído de patrón fixo defínese como o conxunto de valores: ∆$voij$ = $voij$ − $vo$

Nos sensores CMOS (PPS e APS) apréciase un maior FPN que en sensores de tipo CCD, que só sofren de ruído de patrón fixo por corrente escura e pola variación de sensibilidade do fotodetector, pero reciben un tipo de FPN por columnas, que aparece representado na imaxe final en forma de “raias” resultando nunha significativa degradación da imaxe.

Cuantificación do FPN

O ruído de patrón fixo é medíbel pola desviación estándar da uniformidade dos píxeles de saída baixo unha iluminación uniforme. Tipicamente representada polas variacións de voltaxe en %.

• Valores de desviación estándar para o FPN de entre < 0.1% e > 4% son comunmente rexistrados.

Experimentalmente, o FPN avalíase:

• Preparando unha fonte de iluminación uniforme (incluída a non iluminación)
• Capturar múltiples imaxes
• Para cada pixel calcular o valor de saída medio (para eliminar o ruído temporal)
• Estimar a desviación estándar dos valores dos píxeles de saída
• Repetir o proceso para distintos niveis de iluminación

Notas

Bibliografía

• Frank Lenzen,Henrik Schäfer,Christoph Garbe (2011). Denoising Time-Of-Flight Data with Adaptive Total Variation. ISVC. ISBN 978-3-642-24028-7.  (en inglés)