20. Дополнительные искажения сигналов пзс-датчиках.

Любой датчик связан с внутренним накоплением заряда, следовательно возникабт дополнительные искажения.

А) Разброс параметров электродов. (Примеси материалов, неточность изготовления и т.д.)

Разброс чувствительности датчика и термовлияние.

x – накопленный сигнал, y – сигнал на выходе датчика.

Реализация – случайная последовательность, фиксированная для данного экземпляра датчика:

–нулевое среднее и маленькая дисперсия, описывает случайное колебание чувствительности ячейки относительно номинального значения.

– описывает тепловые токи датчика.

Картинка становится слегка полосатой (это про ПЗС-линейку).

Для ПЗС-матриц те же самые эффекты, и проявляются двумерными структурами.

.

Для современных датчиков .

Описать теоретически очень сложно, их можно только померить:

1. Датчик закрываться от внешнего света, следовательно, получается нулевая интенсивность.

2. На датчик подаётся постоянный свет С. ,

.

В режиме ВЗН (временная задержка и накопление) за счёт накопления сигналов все эти эффекты нивелируются.

Б) Не идеальность переноса зарядов.

Коэффициент неэффективности переносов. ( ). Передаётся не весь сигнал, а .

Построим математическую модель такого эффекта. Пусть есть N-электродная линейка, в которой накапливается сигнал X(0), X(1), …,X(N-1), на выходе получим y(0), y(1),…,y(N-1).

Этот процесс может быть графически изображен в виде сигнального графа.

Рассмотрим любую траекторию следования сигнала, таких путей много (n-k шагов по вертикали, k шагов по горизонтали)

По закону Кирхгофа (описывает эффект не идеальности переноса заряда):

Пусть на вход подаётся

При выравнятся.

- в датчиках (n = 10⁵). Умножение на ε всё равно остаётся. Упрощённая модель: .

Если набор давтчиков:

Ложные объекты очень мешают.

В) Диффузионное расплывание зарядов.

Чем больше длина волны, тем глубже она проникает в материал.

В ПЗС линейке пписывается дискретной ЛИС системой (3-х точечной характеристикой).

, . Реально и этим пренебрегают.

Для матриц такой эффект проявляется двумерным образом (описывается ИХ 3х3):

ошибка для ПЗС линейки .

. Т.е. отношение сигнал шум .

21. Квантование сигнала по уровню.

Пусть x некоторая величина, описывает вещественное число. При квантовании назначается шкала (диапазон возможных изменений) [x_min,x_max].

Пусть x некоторая величина, описывает вещ. число. Проквантуем x. Шкала параметров (диапазон возможных изменений): [x_min,x_max]. В пределах этой шкалы задаются L уровней квантования: x₀,x₁,…,x_L-1. Каждое значение сопоставляется с одним из этих уровней квантования. В место значений параметров дальше в системе фигурирует только номер выбранного уровня l. Расположение квантованных уровней может быть нелинейным и не равномерным.

Обычно равномерное: - интервал между двумя соседними уровнями.

Оптимальное равномерное квантование сигналов выглядит так:

Если двоичный код имеет b разрядов, то можно проквантовать 2^b уровней: L=2^b. → . Это всё был сам процесс Ошибка квантования по уровню: - случайная величина изменяется (будем считать равномерно распределённой).

Ошибку квантования часто заменяют внесением белого шума.

Дисперсия:

Если хочется также смоделировать процесс, то преобразование x в индекс:

, где [ ] – выделение целой части

Обратно: .

Напрямую учитывается только когда изображения слабоконтрастное, настолько, что интересные перепады яркости сопоставимы с уровнем квантования.