Накопление фотонов и относительный дробовой шум

Дробовой шум связан с дискретным и случайным поступлением квантов и формированием фотоэлектронов. Когда этот механизм доминирует, отношение шума к среднему улучшается с увеличением числа зарегистрированных событий. В других режимах неизбежен вклад электроники считывания.

Оптический, цифровой и экранный масштабы

Объектив формирует изображение в промежуточной плоскости, камера переводит его в решётку элементов, а программное обеспечение отображает эти данные на экране. Увеличение в каждом звене относится к своей паре плоскостей. Изображение можно увеличить на экране без изменения детализации объекта. При установке адаптера, напротив, меняется геометрический масштаб на сенсоре.

Расчётная модель

В идеальной области камеры доминирует пуассоновский шум числа зарегистрированных фотоэлектронов. Относительный шум равен единице, делённой на корень среднего счёта. Сравним разные уровни освещённости.

Входная величина x — Среднее число фотоэлектронов.

y = 100 / √(x)

Результат y — Относительный дробовой шум, %. √ — квадратный корень.

Подстановка для одного случая

Возьмём второе условие таблицы. При x = 400 выражение принимает вид 100 / √(400). После вычисления получаем y ≈ 5. В соседних строках меняется только входная величина.

Среднее число фотоэлектронов	Относительный дробовой шум, %	Изменение y к первой строке
100	10	0
400	5	−5
1 600	2,5	−7,5
6 400	1,25	−8,75

График. Относительный дробовой шум, % в зависимости от Среднее число фотоэлектронов. Значения приведены в таблице. — Точки соответствуют строкам таблицы. Пунктир соединяет рассмотренные условия.

Как проверить вывод

Зафиксируйте параметры усиления камеры при сравнении кадров. Отсчёты яркости после цифровой обработки не обязаны равняться числу исходных фотоэлектронов.

Граница применимости

Шум считывания, темновой ток и насыщение в эту оценку не входят. Вблизи пределов детектора измеренный шум может зависеть от других механизмов.

Для воспроизводимой съёмки используют метки с известным шагом, устойчивое положение и фиксированные параметры записи. В зависимости от задачи отдельно оценивают освещение, фокус, положение краёв поля и насыщение. Примеры оптических и видеосистем из каталога иллюстрируют устройство рабочего места; величины упражнения относятся к описанной модели.

Проверьте себя

При каком из приведённых входных значений получится 5 по столбцу «Относительный дробовой шум, %»?

Показать разбор

Подстановка в выражение даёт 100 / √(400) ≈ 5. Входное значение — 400.

Оборудование и характеристики

Кольпоскопы в каталоге ИНФОМЕД. Ниже приведены примеры исполнений и сведения из их карточек. Значения учебного опыта заданы отдельно.

Оборудование	Параметр карточки	Описание исполнения
Видеокольпоскопы EDAN C3 и C6: оптика и архив изображений	Штатив и основание	Рабочая зона относительно кресла и доступ к органам управления
Видеокольпоскопы EDAN C3 и C6: оптика и архив изображений	Модель камеры	C3 или C6 с соответствующими увеличением и фильтром
Видеокольпоскопы EDAN C3A и C6A: камера и документирование	Штатив	Наведение, устойчивость и размещение относительно кресла
Видеокольпоскопы EDAN C3A и C6A: камера и документирование	Видеоголовка	Точная модель, диапазон увеличения и подходящий формат сигнала
КС‑02‑202 — кольпоскоп 12× на консольном штативе	Поворот вокруг оси базы	360° по документации
КС‑02‑202 — кольпоскоп 12× на консольном штативе	Ход головки по вертикали	350 ±5 мм

Видеокольпоскопы EDAN C3 и C6: оптика и архив изображений

В C3/C6 используется холодный светодиодный источник. В описании C3 предусмотрены 24 светодиодных элемента, C6 — 40. Число элементов относится к конструкции конкретной модели; оно не является универсальной мерой качества визуализации. Для работы важны равномерность освещения исследуемой области, корректная экспозиция и соответствие изображения реальным визуальным признакам. Избыточно яркий кадр с потерей деталей не становится полезнее только благодаря высокой интенсивности света.

Карточка оборудования ИНФОМЕД

КС‑02‑202 — кольпоскоп 12× на консольном штативе

Согласно руководству, консольный штатив допускает поворот головки относительно вертикальной оси подвижного основания на 360 градусов. Для подвесного плеча и узлов предусмотрены собственные пределы угловых перемещений. Поворот основания и поворот отдельного шарнира нельзя смешивать, поскольку они дают разную траекторию головки. Наличие полного оборота вокруг колонны также не означает, что в реальном кабинете рычаг можно свободно повернуть во все стороны: фактическое пространство ограничено стеной, креслом, мебелью и проводами. Эти условия оценивают не только на чертеже, но и при демонстрации.

Карточка оборудования ИНФОМЕД