Flat-field korrigering - Flat-field correction

Inte att förväxla med Petzval-fältkurvatur , vilket hänvisar till fokusens enhetlighet.
Ljusvariationen på grund av vinjettering , som visas här, kan korrigeras genom att selektivt lysa upp bildens omkrets.

Flat-field correction (FFC) är en teknik som används för att förbättra kvaliteten i digital bildbehandling . Det avbryter effekterna av bildartefakter orsakade av variationer i detektorns pixel-till-pixelkänslighet och av snedvridningar i den optiska banan. Det är en standardkalibreringsprocedur i allt från personliga digitala kameror till stora teleskop.

Översikt

Platt fältning avser processen att kompensera för olika vinster och mörka strömmar i en detektor. När en detektor väl har lämpligt planfält, kommer en enhetlig signal att skapa en enhetlig utsignal (därmed plattfält). Detta betyder då att ytterligare signal beror på att fenomenet detekteras och inte ett systematiskt fel .

En platt-fältbild förvärvas genom att avbilda en enhetligt upplyst skärm, vilket ger en bild med enhetlig färg och ljusstyrka över ramen. För handhållna kameror kan skärmen vara en bit papper i armlängds längd, men ett teleskop kommer ofta att avbilda en klar himmelfläck i skymningen, när belysningen är enhetlig och det finns få, om några, stjärnor synliga. När bilderna har förvärvats kan behandlingen påbörjas.

Ett platt fält består av två siffror för varje pixel, pixelns förstärkning och dess mörka ström (eller mörk ram ). Pixelens förstärkning är hur mängden signal som ges av detektorn varierar som en funktion av mängden ljus (eller motsvarande). Förstärkningen är nästan alltid en linjär variabel, som sådan ges förstärkningen helt enkelt som förhållandet mellan ingångs- och utsignalerna. Den mörka strömmen är mängden signal som avges av detektorn när det inte finns något infallande ljus (därmed mörk ram). I många detektorer kan detta också vara en funktion av tiden, till exempel i astronomiska teleskop är det vanligt att ta en mörk ram samtidigt som den planerade ljusexponeringen. Förstärkningen och den mörka ramen för optiska system kan också fastställas genom att använda en serie neutrala densitetsfilter för att ge in- / utgångssignalinformation och använda en minsta kvadrat som passar för att erhålla värdena för den mörka strömmen och förstärkningen.

var:

  • C = korrigerad bild
  • R = rå bild
  • F = platt fältbild
  • D = mörkt fält eller mörk ram
  • m = bildmedelvärde för (FD)
  • G = Vinst =

I denna ekvation är stora bokstäver 2D-matriser och små bokstäver är skalarer. Alla matrisoperationer utförs element för element.

För att en astrofotograf ska fånga en ljusram måste han eller hon placera en ljuskälla över bildinstrumentets objektivlins så att ljuskällan utgår jämnt genom användarens optik. Fotografen måste sedan justera exponeringen för sin avbildningsenhet ( laddningskopplad enhet (CCD) eller digital enlinsreflexkamera (DSLR)) så att när histogrammet för bilden visas når en topp cirka 40–70% av syns det dynamiska omfånget (maximalt pixelvärde) för avbildningsenheten. Fotografen tar vanligtvis 15–20 ljusramar och utför medianstapling. När de önskade ljusramarna har förvärvats täcks objektivlinsen så att inget ljus tillåts, därefter tas 15–20 mörka ramar, var och en med samma exponeringstid som en ljusram. Dessa kallas Dark-Flat ramar.

I röntgenbilder

Vid röntgenbilder tar de förvärvade projektionsbilderna i allmänhet av brus med fast mönster, vilket är en av de begränsande faktorerna för bildkvaliteten. Det kan härröra från strålens inhomogenitet, få variationer i detektorsvaret på grund av inhomogeniteter i fotonomvandlingsutbytet, förluster i laddtransport, laddningsfångst eller variationer i avläsningens prestanda. Scintillatorskärmen kan också ackumulera damm och / eller repor på ytan, vilket resulterar i systematiska mönster i varje förvärvad röntgenprojektionsbild. I röntgenberäknad tomografi (CT) är det känt att fasta mönsterbrus försämrar den uppnåeliga rumsliga upplösningen och leder i allmänhet till ring- eller bandartefakter i de rekonstruerade bilderna. Fixat mönsterbrus kan enkelt tas bort med hjälp av korrigering av plana fält. Vid konventionell plattfältskorrigering förvärvas projiceringsbilder utan prov med och utan röntgenstrålen påslagen, vilka kallas platta fält (F) och mörka fält (D). Baserat på de förvärvade plana och mörka fälten normaliseras sedan de uppmätta projiceringsbilderna (P) med provet till nya bilder (N) enligt:

Dynamisk korrigering av platt fält

Medan konventionell korrigering av platta fält är en elegant och enkel procedur som i hög grad minskar brus i fast mönster, är det starkt beroende av röntgenstrålens stationäritet, scintillatorrespons och CCD-känslighet. I praktiken uppfylls dock detta antagande endast ungefär. Faktum är att detektorelement kännetecknas av intensitetsberoende, icke-linjära svarsfunktioner och den infallande strålen visar ofta tidsberoende icke-enhetligheter, vilket gör konventionell FFC otillräcklig. I synkrotron röntgentomografi kan många faktorer orsaka flata fältvariationer: instabilitet hos synkrotronens böjmagneter, temperaturvariationer på grund av vattenkylning i speglar och monokromatorn eller vibrationer från scintillatorn och andra strålkomponenter. Den senare är ansvarig för de största variationerna i de plana fälten. För att hantera sådana variationer kan ett dynamiskt plattfältskorrigeringsförfarande användas som uppskattar ett platt fält för varje enskild projektion. Genom huvudkomponentanalys av en uppsättning platta fält, som förvärvas före och / eller bakom den faktiska avsökningen, kan egna platta fält beräknas. En linjär kombination av de viktigaste egna plana fälten kan sedan användas för att individuellt normalisera varje röntgenprojektion:

  • = normaliserad röntgenprojektion
  • = rå röntgenprojektion
  • = medelvärde platt fältbild (genomsnitt av plana fält)
  • = k-th eget platt fält
  • = vikten på det egna plana fältet
  • = medelvärde mörkt fält (medelvärde mörka fält)

Se även

Referenser

externa länkar