Was sind PRNU und DSNU?

Photo Response Non-Uniformity (PRNU) und Dark Signal Non-Uniformity (DSNU) beschreiben zwei unterschiedliche Arten von Pixel-zu-Pixel-Abweichungen bei Bildsensoren. Beide können zu einem festen Bildmuster (Fixed Pattern Noise) und damit zu Helligkeitsunterschieden zwischen einzelnen Pixeln führen.

Was ist Photo Response Non-Uniformity (PRNU)?

Photo Response Non-Uniformity (PRNU) beschreibt Unterschiede in der Lichtempfindlichkeit einzelner Pixel.

Aufgrund von mikroskopischen Fertigungs- und Prozessabweichungen reagieren nicht alle Pixel eines Bildsensors exakt gleich auf die gleiche Menge einfallenden Lichts. Bei einer gleichmäßig ausgeleuchteten Fläche erzeugen einige Pixel daher geringfügig höhere oder niedrigere Signalwerte als ihre Nachbarpixel.

Dies kann in einem Flat-Field-Bild als subtile, ortsfeste Struktur sichtbar werden, beispielsweise als schwaches Schachbrett- oder Rastermuster.

PRNU wird mit zunehmender Beleuchtungsstärke stärker sichtbar, da sie direkt mit der Reaktion der Pixel auf einfallendes Licht zusammenhängt.

Einfach ausgedrückt:
PRNU bedeutet, dass Pixel auf die gleiche Lichtmenge geringfügig unterschiedlich reagieren.

Was ist Dark Signal Non-Uniformity (DSNU)?

Dark Signal Non-Uniformity (DSNU) beschreibt Unterschiede zwischen einzelnen Pixeln, wenn kein Licht auf den Bildsensor trifft.

Auch bei vollständiger Dunkelheit erzeugen Pixel ein kleines Signal. Dieses entsteht unter anderem durch den Dunkelstrom (Dark Current) und weitere sensorbedingte Effekte. Da die Höhe dieses Signals von Pixel zu Pixel geringfügig unterschiedlich sein kann, entsteht eine räumliche Nichtuniformität im aufgenommenen Bild.

DSNU lässt sich daher typischerweise erfassen, indem ein Bild bei vollständig abgedunkeltem Sensor aufgenommen wird. Das dabei entstehende Muster wird häufig als Fixed Pattern Noise bezeichnet.

DSNU kann insbesondere bei langen Belichtungszeiten und höheren Sensortemperaturen stärker ausgeprägt sein, da der Dunkelstrom mit Belichtungszeit und Temperatur zunimmt.

Einfach ausgedrückt:
DSNU bedeutet, dass Pixel auch ohne einfallendes Licht geringfügig unterschiedliche Signalwerte erzeugen.

Was ist der Unterschied zwischen PRNU und DSNU?

	PRNU	DSNU
Vollständige Bezeichnung	Photo Response Non-Uniformity	Dark Signal Non-Uniformity
Tritt auf	Bei Beleuchtung	Bei Dunkelheit
Hauptursache	Unterschiede in der Pixelempfindlichkeit	Unterschiede im Dunkelstrom bzw. Dunkelsignal
Typischer Test	Gleichmäßig ausgeleuchtete Fläche (Flat Field)	Dunkelbild
Abhängig von	Menge des einfallenden Lichts	Belichtungszeit und Temperatur
Typisches Erscheinungsbild	Helligkeitsunterschiede / festes Pixelmuster	Helligkeitsunterschiede / festes Pixelmuster

Beide Effekte sind charakteristische Eigenschaften von Bildsensoren. Ihre Ausprägung hängt unter anderem von der Sensortechnologie, den Betriebsbedingungen und den individuellen Eigenschaften des jeweiligen Sensors ab.

Können PRNU und DSNU korrigiert werden?

Ja. Sowohl PRNU als auch DSNU können durch Pixelkorrekturverfahren reduziert werden. Solche Verfahren werden beispielsweise als Flat-Field-Korrektur, Shading-Korrektur oder Fixed-Pattern-Noise-Korrektur bezeichnet.

Für eine typische Kalibrierung werden:

• ein gleichmäßig ausgeleuchtetes Bild zur Erfassung der PRNU und

• ein Dunkelbild zur Erfassung der DSNU

aufgenommen.

Aus diesen Referenzaufnahmen können Korrekturdaten berechnet werden, die anschließend auf weitere Bilder angewendet werden, um die Pixel-zu-Pixel-Abweichungen zu kompensieren.

Ob und wie eine solche Korrektur durchgeführt werden kann, hängt vom jeweiligen Bildsensor, Kameramodell und der verwendeten Bildverarbeitung ab.

Sind PRNU und DSNU dasselbe wie Bildrauschen?

Nicht ganz.

PRNU und DSNU beschreiben eine räumliche Nichtuniformität zwischen einzelnen Pixeln. Da das entstehende Muster mit den jeweiligen Pixeln verbunden ist, bleibt es von Bild zu Bild relativ konstant und wird daher häufig als Fixed Pattern Noise (FPN) beziehungsweise festes Bildrauschen bezeichnet.

Dies unterscheidet sich vom zeitlichen bzw. zufälligen Rauschen (Temporal Noise), bei dem sich die Signalwerte eines Pixels von Aufnahme zu Aufnahme zufällig verändern.

Vereinfacht gesagt:

PRNU / DSNU → räumliche bzw. pixelabhängige Abweichung
Temporal Noise → zeitliche bzw. von Bild zu Bild variierende Abweichung