Jinsi ya kupunguza kelele za vitambua mwanga

Jinsi ya kupunguza kelele za vitambua mwanga

Kelele za vigunduzi vya picha zinajumuisha hasa: kelele ya mkondo, kelele ya joto, kelele ya risasi, kelele ya 1/f na kelele ya bendi pana, n.k. Uainishaji huu ni mgumu tu. Wakati huu, tutaanzisha sifa na uainishaji wa kelele wa kina zaidi ili kumsaidia kila mtu kuelewa vyema athari za aina mbalimbali za kelele kwenye ishara za matokeo za vigunduzi vya picha. Ni kwa kuelewa vyanzo vya kelele tu ndipo tunaweza kupunguza na kuboresha kelele za vigunduzi vya picha, na hivyo kuboresha uwiano wa ishara-kwa-kelele wa mfumo.

Kelele ya risasi ni mabadiliko ya nasibu yanayosababishwa na asili tofauti ya wabebaji wa chaji. Hasa katika athari ya fotoelektri, wakati fotoni zinapogonga vipengele nyeti vya mwanga ili kutoa elektroni, uzalishaji wa elektroni hizi ni nasibu na unaendana na usambazaji wa Poisson. Sifa za spectral za kelele ya risasi ni tambarare na hazitegemei ukubwa wa masafa, na hivyo pia huitwa kelele nyeupe. Maelezo ya hisabati: Thamani ya wastani wa mzizi wa mraba (RMS) ya kelele ya risasi inaweza kuonyeshwa kama:

Miongoni mwao:

e: Chaji ya kielektroniki (takriban coulombs 1.6 × 10-19)

Idark: Mkondo mweusi

Δf: Kipimo data

Kelele ya risasi ni sawia na ukubwa wa mkondo na ni thabiti katika masafa yote. Katika fomula, Idark inawakilisha mkondo mweusi wa photodiode. Hiyo ni, bila mwanga, photodiode ina kelele ya mkondo mweusi isiyohitajika. Kama kelele ya asili katika ncha ya mbele ya kigunduzi cha picha, kadiri mkondo mweusi unavyokuwa mkubwa, ndivyo kelele ya kigunduzi cha picha inavyokuwa kubwa. Mkondo mweusi pia huathiriwa na volteji ya uendeshaji wa upendeleo wa photodiode, yaani, volteji ya uendeshaji wa upendeleo inavyokuwa kubwa, ndivyo mkondo mweusi unavyokuwa mkubwa. Hata hivyo, volteji ya uendeshaji wa upendeleo pia huathiri uwezo wa makutano ya kigunduzi cha picha, na hivyo kuathiri kasi na kipimo data cha kigunduzi cha picha. Zaidi ya hayo, volteji ya upendeleo inavyokuwa kubwa, ndivyo kasi na kipimo data inavyokuwa kubwa. Kwa hivyo, kwa upande wa kelele ya risasi, mkondo mweusi na utendaji wa kipimo data wa photodiode, muundo unaofaa unapaswa kufanywa kulingana na mahitaji halisi ya mradi.

2. Kelele ya Kung'aa ya 1/f

Kelele ya 1/f, ambayo pia inajulikana kama kelele ya kupepea, hutokea hasa katika masafa ya chini na inahusiana na mambo kama vile kasoro za nyenzo au usafi wa uso. Kutoka kwa mchoro wake wa sifa za spektra, inaweza kuonekana kwamba msongamano wake wa spektra ya nguvu ni mdogo sana katika masafa ya juu kuliko katika masafa ya chini, na kwa kila ongezeko la mara 100 la masafa, kelele ya msongamano wa spektra hupungua kwa mstari kwa mara 10. Msongamano wa spektra ya nguvu ya kelele ya 1/f ni kinyume na masafa, yaani:

Miongoni mwao:

SI(f) : Msongamano wa spektri ya nguvu ya kelele

Mimi: Ya sasa

f: Marudio

Kelele ya 1/f ni muhimu katika masafa ya chini na hudhoofika kadri masafa yanavyoongezeka. Sifa hii huifanya kuwa chanzo kikuu cha kuingiliwa katika matumizi ya masafa ya chini. Kelele ya 1/f na kelele ya bendi pana hutokana na kelele ya volteji ya amplifier ya uendeshaji ndani ya kigunduzi cha picha. Kuna vyanzo vingine vingi vya kelele vinavyoathiri kelele ya vigunduzi vya picha, kama vile kelele ya usambazaji wa umeme ya vigunduzi vya uendeshaji, kelele ya mkondo, na kelele ya joto ya mtandao wa upinzani katika ongezeko la saketi za amplifier ya uendeshaji.

3. Kelele ya volteji na mkondo wa kipaza sauti kinachofanya kazi: Msongamano wa volteji na mkondo wa spectra unaonyeshwa kwenye mchoro ufuatao:

Katika saketi za amplifier zinazofanya kazi, kelele ya mkondo imegawanywa katika kelele ya mkondo wa ndani ya awamu na kelele ya mkondo wa ndani unaogeuza. Kelele ya mkondo wa ndani ya awamu i+ hutiririka kupitia upinzani wa ndani wa chanzo Rs, na kutoa kelele sawa ya volteji u1= i+*Rs. I- Kelele ya mkondo unaogeuza hutiririka kupitia kipingamizi sawa cha gain R ili kutoa kelele sawa ya volteji u2= I-* R. Kwa hivyo wakati RS ya usambazaji wa umeme ni kubwa, kelele ya volteji inayobadilishwa kutoka kelele ya mkondo wa umeme pia ni kubwa sana. Kwa hivyo, ili kuboresha kelele bora, kelele ya usambazaji wa umeme (ikiwa ni pamoja na upinzani wa ndani) pia ni mwelekeo muhimu wa uboreshaji. Msongamano wa spectral wa kelele ya mkondo wa umeme haubadiliki na mabadiliko ya masafa pia. Kwa hivyo, baada ya kukuzwa na saketi, kama mkondo mweusi wa fotodiode, huunda kikamilifu kelele ya risasi ya kigunduzi cha foto.

4. Kelele ya joto ya mtandao wa upinzani kwa faida (kipengele cha ukuzaji) cha saketi ya amplifier inayofanya kazi inaweza kuhesabiwa kwa kutumia fomula ifuatayo:

Miongoni mwao:

k: Kigezo cha Boltzmann (1.38 × 10-23J/K)

T: Halijoto Kamili (K)

R: Kelele ya joto ya upinzani (ohms) inahusiana na thamani ya halijoto na upinzani, na wigo wake ni tambarare. Inaweza kuonekana kutoka kwa fomula kwamba kadiri thamani ya upinzani wa faida inavyokuwa kubwa, ndivyo kelele ya joto inavyokuwa kubwa. Kadiri kipimo data kinavyokuwa kikubwa, ndivyo kelele ya joto pia itakuwa kubwa zaidi. Kwa hivyo, ili kuhakikisha kwamba thamani ya upinzani na thamani ya kipimo data inakidhi mahitaji ya faida na mahitaji ya kipimo data, na hatimaye pia yanahitaji kelele ya chini au uwiano wa juu wa ishara-kwa-kelele, uteuzi wa vipingamizi vya faida unahitaji kuzingatiwa kwa uangalifu na kutathminiwa kulingana na mahitaji halisi ya mradi ili kufikia uwiano bora wa ishara-kwa-kelele wa mfumo.

Muhtasari

Teknolojia ya uboreshaji wa kelele ina jukumu muhimu katika kuboresha utendaji wa vigunduzi vya picha na vifaa vya kielektroniki. Usahihi wa hali ya juu unamaanisha kelele ya chini. Kadri teknolojia inavyohitaji usahihi wa hali ya juu, mahitaji ya kelele, uwiano wa ishara-kwa-kelele, na nguvu sawa ya kelele ya vigunduzi vya picha pia yanazidi kuwa juu.