4.8. Sensorilla tapahtuva kalibrointi

Pikselikennon raakatuloste ei ole vielä valmis käytettäväksi. Siihen sovelletaan kourallinen korjauksia ennen kuin data poistuu sensorilta – osittain sirun piikiekossa, osittain ohjainkoodissa, joka ohjelmoi sirun – jotta käsitellään sensorin matkan varrella aiheuttamia epätäydellisyyksiä. Ne suoritetaan kiinteässä järjestyksessä jokaiselle kehykselle: ensin sarakkeen kiinteäkuvioisen kohinan (FPN) trimmaus, sitten mustatason vähennys, sitten viallisten pikselien korjaus, sitten objektiivin varjostuskorjaus. Sen tietäminen, mitä kukin tekee, on tärkeää, koska käyttäjäkoodiin saapuva kuva on jo käynyt läpi ne kaikki.

4.8.1. Sarakkeen FPN-korjaus

Jokaisella sensorin sarakkeella on oma vahvistimensa ja sarakkeen ADC, ja niiden pienet valmistusvaihtelut tarkoittavat, että jokainen sarake lukee hieman eri tavalla kuin naapurinsa. Ilman korjausta tämä kiinteä kuvio näkyy himmeinä pystyraitoina tulosteessa – raidat pysyvät paikallaan kehyksestä toiseen, koska ne tulevat itse piikiekosta eivätkä kohtauksesta. Sensori mittaa sarakekohtaiset poikkeama- ja vahvistustrimmaukset tehtaalla, tallentaa ne kalibrointi-ROM:iinsa ja soveltaa niitä jokaisella ulosluvulla ennen muiden korjausten suoritusta. Tämän tekeminen ensin antaa muun putken olettaa, että jokainen sarake käyttäytyy samalla tavalla, mukaan lukien pimeät vertailupikselit, joita mustatason kalibrointi käyttää seuraavaksi.

4.8.2. Mustatason kalibrointi

ADC:n nolla – digitaalinen lukema, jonka pitäisi vastata tyhjää valodiodia – ei ole täysin vakaa. Se ajautuu lämpötilan, syöttöjännitteen vaihtelun ja hieman pikselistä toiseen. Ilman korjausta täysin pimeä kehys ei lukisi nollaksi; jokaisessa pikselissä olisi pieni positiivinen pimeäpoikkeama.

Vakiokorjaus on sisällyttää sensorin reunaan rivejä tai sarakkeita, jotka on fyysisesti peitetty metallilla niin, ettei valo koskaan pääse niihin. Niiden digitaaliset lukemat antavat todellisen pimeävertailun nykyisissä toimintaolosuhteissa. Sensori lukee nuo peitetyt pikselit jokaisella kehyksellä, laskee niiden keskiarvon rivi- tai sarakekohtaisesti ja vähentää keskiarvon jokaisesta muusta pikselistä. Valopikselit tulevat silloin ulos nollalukemalla valaisemattomalle valodiodille, riippumatta lämpötilasta tai syötön ajautumisesta.

4.8.3. Viallisten pikselien korjaus

Pieni osa pikseleistä missä tahansa sensorissa on viallisia – ne lukevat vakioarvon (jumissa korkeana tai jumissa matalana) riippumatta siitä, kuinka paljon valoa niihin pääsee. Osa vioista johtuu valmistusvaihtelusta, ja lisää kertyy hitaasti sensorin elinkaaren aikana (kosmisten säteiden osumat pitkien käyttöjaksojen aikana ovat tavallinen syy).

Nykyaikaiset sensorit käsittelevät tämän lennossa pienellä spatiaalisella suodattimella. Jokaisella kehyksellä kutakin pikseliä verrataan sen samanvärisiin naapureihin; mikä tahansa pikseli, joka on tarpeeksi kaukana paikallisesta mediaanista ollakseen epätodennäköinen, korvataan noista naapureista johdetulla arvolla. Suodatin tunnistaa sekä tehdasviat että myöhemmin kehittyvät, ilman sensorikohtaista kalibroitua viallisten pikselien karttaa, ja vika on näkymätön tulosteessa.

4.8.4. Objektiivin varjostuskorjaus

cos⁴-vaimeneminen yhdistettynä objektiivin rungon mekaaniseen vinjetointiin antaa jokaiselle korjaamattomalle kehykselle havaittavan kulmien tummumisen. Sensorin objektiivin varjostuskorjaus (LSC) -laitteisto kompensoi tätä kertomalla kunkin pikselin vahvistuksella, joka riippuu sen sijainnista kehyksessä – 1.0 keskustassa, nousten tasaisesti kohti kulmia seuratakseen mitatun vaimenemiskäyrän käänteisarvoa.

Sensori tarjoaa kerroinlaitteiston, mutta itse vahvistuskartta on MCU:n vastuulla. Ohjain kirjoittaa kartan sensorin LSC-rekistereihin käynnistyksessä joko ohjaimen tallentamasta kalibroinnista tai tuoreesta mittauksesta tasaista vertailukohdetta vasten. Jotkin sensorit pakkaavat kartan pieneksi joukoksi polynomikertoimia, jotta sirun rekisterit voivat sisältää sen.

LSC riippuu objektiivista. Objektiivien vaihtaminen siirtää vaimenemiskäyrää, joten yhdelle objektiiville kalibroitu LSC-kartta ei vastaa toista – väärin sovellettu kartta näyttää himmeiltä kulmilta (alikorjaus) tai kirkkailta kulmaläiskiltä (ylikorjaus).