25/09/11In aon chóras tomhais — ó chumarsáid gan sreang go grianghrafadóireacht dhigiteach — is tagarmharc bunúsach cáilíochta é an cóimheas comhartha-le-torann (SNR). Cibé an bhfuil tú ag anailísiú íomhánna teileascóip, ag feabhsú taifeadtaí micreafóin, nó ag fabhtcheartú nasc gan sreang, insíonn SNR duit cé mhéad faisnéise úsáidí a sheasann amach ó thorann cúlra nach dteastaíonn.
Ach ní bhíonn sé éasca i gcónaí an SNR a ríomh i gceart. Ag brath ar an gcóras, b’fhéidir go mbeadh gá le fachtóirí breise amhail sruth dorcha, torann léitheoireachta, nó binning picteilíní a chur san áireamh. Treoraíonn an treoir seo tú tríd an teoiric, na foirmlí lárnacha, na botúin choitianta, na feidhmeanna, agus na bealaí praiticiúla chun SNR a fheabhsú, ag cinntiú gur féidir leat é a chur i bhfeidhm go cruinn ar fud raon leathan comhthéacsanna.
Cad is Cóimheas Comhartha-le-Torann (SNR) ann?
Ag a chroílár, tomhasann cóimheas comhartha-le-torann an gaol idir neart comhartha inmhianaithe agus an torann cúlra a chuireann bac air.
● Comhartha = an fhaisnéis bhríoch (m.sh., guth i nglao, réalta in íomhá teileascóip).
● Torann = luaineachtaí randamacha, nach dteastaíonn a shaobhann nó a cheiltíonn an comhartha (m.sh., statach, torann braiteora, cur isteach leictreach).
Go matamaiticiúil, sainmhínítear SNR mar:
Ós rud é gur féidir leis na cóimheasa seo athrú thar go leor orduithe méide, is gnách go léirítear SNR i ndeicibeil (dB):
● SNR ard (m.sh., 40 dB): bíonn an comhartha i réim, rud a fhágann go mbíonn faisnéis shoiléir agus iontaofa ann.
● SNR íseal (m.sh., 5 dB): sáraíonn torann an comhartha, rud a fhágann go bhfuil sé deacair léirmhíniú a dhéanamh.
Conas SNR a Ríomh
Is féidir cóimheas comhartha-le-torann a ríomh le leibhéil éagsúla cruinnis ag brath ar na foinsí torainn atá san áireamh. Sa chuid seo, tabharfar isteach dhá fhoirm: ceann a chuireann sruth dorcha san áireamh agus ceann a ghlacann leis gur féidir neamhaird a dhéanamh air.
Nóta: Chun luachanna torainn neamhspleácha a chur le chéile, ní mór iad a chur le chéile i gcearnóg. Déantar gach foinse torainn a chearnú, a shuimiú, agus tógtar fréamh chearnach an iomláin.
Cóimheas comhartha-le-torann le sruth dorcha
Seo a leanas an chothromóid le húsáid i gcásanna ina bhfuil torann an tsrutha dhorcha mór go leor le go mbeadh gá leis:
Seo sainmhíniú na dtéarmaí:
Comhartha (e-): Seo é an comhartha spéise i bhfótaileictreoin, agus an comhartha srutha dorcha bainte as.
Is é an comhartha iomlán (e-) líon na bhfótaileictreon sa phicteilín atá i gceist – ní luach na bpicteilín in aonaid leibhéil liath atá i gceist ar chor ar bith. Is é an dara sampla den Chomhartha (e-), ag bun na cothromóide, ná torann an lámhaigh fótóin.
Sruth dorcha (DC):An luach reatha dorcha don phicteilín sin.
t: Am nochta i soicindí
σr:Léigh torann i mód ceamara.
Cóimheas comhartha-le-torann le haghaidh sruth dorcha neamhbhríoch
I gcásanna gearra (< 1 soicind), móide ceamaraí fuaraithe, ardfheidhmíochta, beidh torann an tsrutha dhorcha i bhfad faoi bhun an torainn léite i gcoitinne, agus déanfar neamhaird de go sábháilte.
I gcás ina bhfuil téarmaí arís mar a shainmhínítear thuas, ach amháin nach gá comhartha an tsrutha dorcha a ríomh agus a bhaint ón gcomhartha mar ba chóir go mbeadh sé cothrom le nialas.
Teorainneacha na bhfoirmlí seo agus téarmaí atá ar iarraidh
Ní sholáthróidh na foirmlí os coinne ach freagraí cearta do CCD agusCeamaraí CMOSTugann EMCCD agus gléasanna dianaithe foinsí torainn bhreise isteach, mar sin ní féidir na cothromóidí seo a úsáid. Chun cothromóid cóimheas comhartha-le-torann níos iomláine a fháil a chuireann san áireamh na ranníocaíochtaí seo agus ranníocaíochtaí eile.
Téarma torainn eile a bhíonn (nó a bhíodh) san áireamh go coitianta i gcothromóidí SNR ná neamh-aonfhoirmeacht freagartha fóta (PRNU), ar a dtugtar 'torann patrún seasta' (FPN) uaireanta freisin. Léiríonn sé seo míchothromaíocht an ghnóthachain agus an fhreagartha comhartha ar fud an braiteora, a d'fhéadfadh a bheith ceannasach ag comharthaí arda má tá siad mór go leor, rud a laghdaíonn SNR.
Cé go raibh PRNU suntasach go leor ag ceamaraí luatha le go mbeadh gá iad a chur san áireamh, bhí formhór na gceamaraí nua-aimsearthaceamaraí eolaíochtabíonn PRNU íseal go leor acu chun a ranníocaíocht a dhéanamh i bhfad níos ísle ná torann urchar fótóin, go háirithe tar éis ceartúcháin ar bord a chur i bhfeidhm. Dá bhrí sin, is gnách neamhaird a dhéanamh de i ríomhanna SNR anois. Mar sin féin, tá PRNU fós tábhachtach do roinnt ceamaraí agus feidhmchlár, agus cuirtear san áireamh é sa chothromóid SNR níos forbartha ar mhaithe le críochnúlacht. Ciallaíonn sé seo go bhfuil na cothromóidí a chuirtear ar fáil úsáideach don chuid is mó de chórais CCD/CMOS ach níor cheart iad a áireamh mar chothromóidí atá infheidhme go huilíoch.
Cineálacha Torainn i Ríomhanna SNR
Ní hamháin go bhfuil sé i gceist le ríomh an tsain-shuaimhnis (SNR) comparáid a dhéanamh idir comhartha agus luach torainn aonair. Go praiticiúil, bíonn roinnt foinsí torainn neamhspleácha ag cur leis an ról, agus tá sé ríthábhachtach iad a thuiscint.
Torann Lámhaigh
● Bunús: teacht staitistiúil fótón nó leictreon.
● Scálaíonn le fréamh chearnach an chomhartha.
● Ceannasach in íomháú teoranta fótóin (réalteolaíocht, micreascópacht fhluaraiseachta).
Torann Teirmeach
● Tugtar torann Johnson-Nyquist air freisin, a tháirgtear trí ghluaiseacht leictreon i bhfriotóirí.
● Méadaíonn le teocht agus bandaleithead.
● Tábhachtach san leictreonaic agus sa chumarsáid gan sreang.
Torann Reatha Dorcha
● Athrú randamach i sruth dorcha laistigh de braiteoirí.
● Níos suntasaí i nochtadh fada nó i mbrathadóirí te.
● Laghdaithe tríd an braiteoir a fhuarú.
Léigh Torann
● Torann ó aimplitheoirí agus tiontú analógach go digiteach.
● Seasta in aghaidh an léimh amach, rud a fhágann go bhfuil sé ríthábhachtach i réimis ísealchomhartha.
Torann Cainníochtaithe
● Tugadh isteach é trí dhigitiú (slánú go leibhéil scoite).
● Tábhachtach i gcórais íseal-dhoimhneachta giotán (m.sh., fuaim 8-giotán).
Torann Comhshaoil/Córais
● EMI, traschaint, tonnchrith soláthair cumhachta.
● Féadfaidh sé a bheith i réim má tá droch-sciath/talmhú ann.
Cuidíonn tuiscint a fháil ar cé acu de na rudaí seo is mó le foirmle agus modh maolaithe ceart a roghnú.
Botúin choitianta agus SNR á ríomh
Is furasta teacht ar go leor modhanna 'aicearraí' chun cóimheas comhartha-le-torann a mheas in íomháú. Is gnách go mbíonn siad seo níos lú castachta ná na cothromóidí os coinne, nó go gceadaíonn siad díorthú níos éasca ón íomhá féin seachas eolas ar pharaiméadair cheamara amhail torann léite a éileamh, nó an dá rud. Ar an drochuair, is dócha go bhfuil gach ceann de na modhanna seo mícheart, agus go mbeidh torthaí claonta agus neamhchabhrach mar thoradh orthu. Moltar go láidir na cothromóidí os coinne (nó an leagan ardleibhéil) a úsáid i ngach cás.
Seo a leanas cuid de na haicearraí bréagacha is coitianta:
1. Déine comhartha a chur i gcomparáid le déine chúlra, i leibhéil liath. Déanann an cur chuige seo iarracht íogaireacht ceamara, neart comhartha nó cóimheas comhartha le torann a mheas trí dhéine buaic a chur i gcomparáid le déine chúlra. Tá lochtanna móra ar an gcur chuige seo mar is féidir le tionchar fhritháireamh an cheamara déine an chúlra a shocrú go treallach, is féidir le gnóthachan déine an chomhartha a shocrú go treallach, agus ní chuirtear san áireamh aon ranníocaíocht torainn sa chomhartha ná sa chúlra.
2. Buaicphointí comhartha a roinnt ar an diall caighdeánach de limistéar picteilíní cúlra. Nó, luachanna buaicphointí a chur i gcomparáid leis an torann amhairc sa chúlra a léirítear le próifíl líne. Ag glacadh leis go mbaintear an fritháireamh i gceart ó na luachanna roimh an roinnt, is é an baol is suntasaí sa chur chuige seo ná láithreacht solais chúlra. De ghnáth, beidh ceannas ag aon solas cúlra ar an torann i bpicteilíní cúlra. Ina theannta sin, ní chuirtear an torann sa chomhartha spéise, amhail torann lámhaigh, san áireamh ar chor ar bith i ndáiríre.
3. Comhartha meánach i bpicteilíní spéise i gcoinne diall caighdeánach luachanna picteilíní: Tá sé níos gaire do bheith ceart comparáid a dhéanamh idir nó breathnú ar an méid a athraíonn comhartha buaice trasna picteilíní comharsanacha nó frámaí comhleanúnacha ná modhanna gearrthéarmacha eile, ach ní dócha go seachnóidh sé tionchair eile a shaobhann luachanna, amhail athrú sa chomhartha nach dtagann ó thorann. Is féidir leis an modh seo a bheith míchruinn freisin mar gheall ar chomhaireamh íseal picteilíní sa chomparáid. Ní mór gan dearmad a dhéanamh ar luach an fhritháireamh a dhealú ach an oiread.
4. SNR a ríomh gan aonaid déine fótaileictreon a thiontú go haonaid déine, nó gan an fritháireamh a bhaint: Ós rud é gurb é torann urchar fótóin an fhoinse torainn is mó de ghnáth agus go mbraitheann sé ar eolas ar fhritháireamh agus gnóthachan an cheamara le haghaidh tomhais, ní féidir ríomh ar ais chuig fótaileictreoin a sheachaint le haghaidh ríomhanna SNR.
5. Breithiúnas ar SNR de réir na súl: Cé gur féidir go mbeadh sé úsáideach i gcásanna áirithe SNR a mheas nó a chur i gcomparáid de réir na súl, bíonn gaistí gan choinne ann freisin. Is féidir go mbeadh sé níos deacra SNR a mheas i bpicteilíní ardluacha ná i bpicteilíní luacha níos ísle nó sa chúlra. Is féidir le héifeachtaí níos caolchúisí ról a imirt freisin: Mar shampla, is féidir le monatóirí ríomhaire éagsúla íomhánna a rindreáil le codarsnacht an-difriúil. Ina theannta sin, is féidir le híomhánna a thaispeáint ag leibhéil súmála éagsúla i mbogearraí tionchar suntasach a imirt ar chuma amhairc an torainn. Tá sé seo thar a bheith fadhbach má dhéantar iarracht ceamaraí a chur i gcomparáid le méideanna picteilíní spáis réada éagsúla. Ar deireadh, is féidir le láithreacht solais chúlra aon iarracht chun SNR a mheas go hamhairc a chur ar neamhní.
Feidhmeanna SNR
Is méadracht uilíoch é SNR a bhfuil feidhmeanna fairsinge aige:
● Taifeadadh Fuaime & Ceoil: Cinneann sé soiléireacht, raon dinimiciúil agus dílseacht taifeadtaí.
● Cumarsáid Gan Sreang: Baineann SNR go díreach le rátaí earráide giotán (BER) agus tréchur sonraí.
● Íomháú Eolaíoch: I réalteolaíocht, teastaíonn ard-SNR chun réaltaí laga a bhrath i gcoinne lonrúil spéire sa chúlra.
● Trealamh Leighis: Braitheann scananna ECG, MRI, agus CT ar SNR ard chun comharthaí a idirdhealú ó thorann fiseolaíoch.
● Ceamaraí & Grianghrafadóireacht: Úsáideann ceamaraí tomhaltóirí agus braiteoirí CMOS eolaíocha araon SNR chun feidhmíocht i solas íseal a thagarmharcáil.
Feabhsú ar SNR
Ós rud é gur beart chomh ríthábhachtach é an SNR, déantar iarracht shuntasach chun é a fheabhsú. Áirítear ar na straitéisí:
Cur Chuige Crua-earraí
● Bain úsáid as braiteoirí níos fearr le sruth dorcha níos ísle.
● Cuir sciath agus talamh i bhfeidhm chun EMI a laghdú.
● Braiteoirí fuara chun torann teirmeach a chosc.
Cur Chuige Bogearraí
● Cuir scagairí digiteacha i bhfeidhm chun minicíochtaí nach dteastaíonn a bhaint.
● Bain úsáid as meánú thar ilfhrámaí.
● Úsáid halgartaim laghdaithe torainn i bpróiseáil íomháithe nó fuaime.
Binnáil Picteilíní agus a Éifeacht ar SNR
Braitheann éifeacht an bhinning ar an gcóimheas comhartha-le-torann ar theicneolaíocht ceamara agus ar iompar an braiteora, toisc gur féidir le feidhmíocht torainn ceamaraí binnithe agus neamhbhinnithe athrú go suntasach.
Is féidir le ceamaraí CCD lucht picteilíní cóngaracha a shuimiú 'ar an sliseanna'. Ní tharlaíonn an torann léite ach uair amháin, cé go ndéanfar an comhartha srutha dorcha ó gach picteilín a shuimiú freisin.
Déanann formhór na gceamaraí CMOS binning lasmuigh den sliseanna, rud a chiallaíonn go ndéantar luachanna a thomhas ar dtús (agus torann léite a thabhairt isteach), agus ansin a shuimiú go digiteach. Méadaíonn an torann léite do na suimiúcháin sin trí iolrú faoi fhréamh chearnach líon na bpicteilíní a shuimiú, i.e. faoi fhachtóir 2 le haghaidh binning 2x2.
Ós rud é gur féidir le hiompar torainn braiteoirí a bheith casta, i gcás feidhmeanna cainníochtúla, moltar an torann fritháireamh, an gnóthachan agus an torann léite sa cheamara a thomhas i mód binnithe, agus na luachanna seo a úsáid don chothromóid cóimheas comhartha-go-torann.
Conclúid
Tá an cóimheas comhartha-le-torann (SNR) ar cheann de na méadrachtaí is tábhachtaí san eolaíocht, san innealtóireacht agus sa teicneolaíocht. Ó shoiléireacht a shainmhíniú i nglaonna teileafóin go dtí braiteadh réaltraí i bhfad i gcéin a chumasú, tá SNR mar bhonn agus taca faoi cháilíocht córas tomhais agus cumarsáide. Ní hamháin go bhfuil máistreacht ar SNR faoi fhoirmlí a chur de ghlanmheabhair - baineann sé le tuiscint a fháil ar thoimhdí, teorainneacha agus comhbhabhtálacha sa saol réadúil. Ón dearcadh seo, is féidir le hinnealtóirí agus taighdeoirí tomhais níos iontaofa a dhéanamh agus córais a dhearadh a bhaineann léargais bhríocha amach fiú i ndálaí torannacha.
Ar mhaith leat tuilleadh eolais a fháil? Féach ar ailt ghaolmhara:
[Raon Dinimiciúil] – Cad is Raon Dinimiciúil ann?
[Torann Léitheoireachta] – Cad is Torann Léitheoireachta ann?
Tucsen Photonics Co., Ltd. Gach ceart ar cosaint. Agus tú ag lua, luaigh an fhoinse le do thoil:www.tucsen.com
