Pan fyddwch chi'n defnyddio modiwl camera mewn ystafell sydd wedi'i goleuo'n ysgafn, o dan olau'r lleuad, neu y tu mewn i bibell dywyll, mae'r ddelwedd yn aml yn troi'n llwydaidd, yn dywyll neu'n aneglur. Gelwir gallu camera i gynhyrchu delwedd glir y gellir ei defnyddio mewn amodau o'r fathperfformiad ysgafn isel. Dyma un o'r manylebau pwysicaf ar gyfer llawer o gymwysiadau - o fodiwl camera mini mewn endosgop meddygol i Fodiwl Camera USB ar gyfer diogelwch gyda'r nos. Yn yr erthygl hon, rydym yn esbonio beth mae perfformiad golau isel yn ei olygu, pa ffactorau sy'n effeithio arno, a sut i ddewis modiwl camera sy'n perfformio'n dda mewn tywyllwch.
Pam Mae Perfformiad Ysgafn Isel yn Bwysig
Bydd camera sy'n brwydro mewn golau isel yn gorfodi'r synhwyrydd i chwyddo'r signal (cynnydd), sydd hefyd yn chwyddo sŵn electronig ar hap. Y canlyniad yw delwedd swnllyd, "eira" gyda llai o fanylion. Mewn cymwysiadau critigol - fel endosgop llawfeddygol, system golwg nos modurol, neu gamera bywyd gwyllt nosol - gall perfformiad golau isel gwael arwain at golli diagnosis, damweiniau, neu golli data.
Hyd yn oed ar gyfer Modiwl Camera USB syml a ddefnyddir ar gyfer archwilio cartref, mae gallu golau isel da yn golygu y gallwch weld i mewn i gorneli tywyll heb fod angen golau allanol pwerus.
Sut mae Perfformiad Ysgafn Isel yn cael ei Fesur?
Nid oes un rhif cyffredinol, ond mae gweithgynhyrchwyr yn aml yn nodi:
Lleiafswm goleuo– Y lefel golau isaf (mewn lux) lle gall y camera gynhyrchu delwedd y gellir ei defnyddio. Mae swyddfa dan do nodweddiadol tua 300-500 lux; mae golau lleuad tua 0.1-0.3 lux.
Cymhareb signal-i-sŵn (SNR)– Ar olau isel, mae SNR uwch yn golygu llai o sŵn gweladwy.
Sensitifrwydd– Wedi'i fynegi'n aml mewn mV fesul lux·s (milifoltiau y lux yr eiliad) ar gyfer y synhwyrydd.
Gall modiwl camera golau isel da weithio ar 0.1 lux neu is, yn aml gyda chymorth goleuo isgoch.
Ffactorau Allweddol sy'n Effeithio ar Berfformiad Ysgafn Isel
1. Maint picsel (Dylunio Synhwyrydd)
Y ffactor mwyaf sylfaenol yw maint pob picsel ar y synhwyrydd modiwl camera cmos. Mae picsel mwy yn dal mwy o ffotonau (gronynnau ysgafn) na phicseli llai. Er enghraifft, mae picsel sy'n 2.9 µm (micrometrau) o led yn casglu tua phedair gwaith cymaint o olau â phicsel 1.4 µm. Felly, ar gyfer datrysiad penodol, bydd synhwyrydd gyda phicseli mwy yn perfformio'n llawer gwell mewn golau isel.
Dyma pam y gall modiwl camera mini 2 MP gyda phicseli mawr gynhyrchu delweddau nos glanach na modiwl 8 MP gyda phicseli bach iawn, er bod gan y modiwl 8 MP gydraniad uwch.
2. Technoleg Ol-oleuedig (BSI).
Mae gan synwyryddion traddodiadol wifrau uwchben yr ardal sy'n sensitif i olau, gan rwystro rhywfaint o olau. Mae synwyryddion BSI yn troi'r strwythur, gan osod y gwifrau y tu ôl i'r ffotodiodes. Mae hyn yn caniatáu i fwy o olau gyrraedd y picsel, gan wella sensitifrwydd golau isel 30-50% o'i gymharu â synwyryddion di-BSI o'r un maint picsel. Mae bron pob synhwyrydd modiwl camera cmos modern ar gyfer endosgopi neu wyliadwriaeth yn defnyddio BSI.
3. Agorfa Lens (rhif f)
Mae'r lens yn rheoli faint o olau sy'n mynd i mewn i'r camera. Mae lens â rhif-f is (ee, f/1.8) yn gadael mwy o olau nag un â rhif-f uwch (ee, f/2.8). Yn aml mae gan fodiwl camera ffocws ceir agoriad cymedrol (f/2.0-f/2.4) sy'n cydbwyso crynhoad golau a dyfnder y cae. Ar gyfer golau isel eithafol, mae modiwl ffocws sefydlog gyda rhif-f isel iawn (f/1.4) yn ddelfrydol, ond bydd ganddo ddyfnder cae llai.
4. Technoleg Synhwyrydd (BSI, Stacked, Shutter Global)
Synwyryddion CMOS wedi'u goleuo'n ôl (BSI) a pentyrru sydd orau ar gyfer golau isel. Yn nodweddiadol mae gan synwyryddion caead byd-eang sensitifrwydd ychydig yn is na synwyryddion caead treigl o'r un maint picsel, ond maen nhw'n cael eu ffafrio pan fydd yr olygfa'n cynnwys symudiad cyflym.
5. Lleihau Sŵn a Phrosesu Delwedd
Gall prosesydd delwedd y camera (ISP) gymhwyso lleihau sŵn gofodol (llyfu'r ffrâm gyfredol) a lleihau sŵn amser (cyfartaledd sawl ffrâm). Gall modiwl camera UVC wedi'i diwnio'n dda gynhyrchu delwedd lanach ar draul colli ychydig o fanylion manwl. Mae rhai modiwlau pen uchel hefyd yn defnyddio technegau HDR aml-ffrâm i fywiogi cysgodion heb chwythu uchafbwyntiau.
6. Cyfradd Ffrâm ac Amser Amlygiad
Mewn golau isel iawn, gall y camera leihau'r gyfradd ffrâm yn awtomatig (ee, o 30 fps i 15 fps) i ganiatáu amser amlygiad hirach fesul ffrâm. Mae hyn yn casglu mwy o olau ond yn gwneud y fideo yn llai llyfn. Ar gyfer modiwl camera raspberry pi v3, gallwch leihau'r gyfradd ffrâm â llaw mewn meddalwedd (libcamera-vid --framerate 15) i wella ansawdd delwedd ysgafn isel.
Sut i Wella Perfformiad Ysgafn Isel yn Eich Modiwl Camera
Dewiswch synhwyrydd mwy (os yw maint yn caniatáu)– Bydd synhwyrydd 1/2.8″ gyda 2.9 µm picsel yn perfformio'n well na synhwyrydd 1/4″ gyda 1.4 µm picsel.
Dewiswch synhwyrydd BSI– Mae'r rhan fwyaf o synwyryddion Sony IMX (ee, IMX290, IMX307) yn defnyddio BSI.
Defnyddiwch lens gyda agorfa fwy– f/2.0 neu is os yn bosibl.
Ychwanegu goleuo isgoch (IR).- Ar gyfer tywyllwch llwyr, defnyddiwch IR LEDs (850 nm neu 940 nm) a chamera heb hidlydd toriad IR.
Lleihau cyfradd ffrâm- Llyfnder masnach ar gyfer disgleirdeb.
Defnyddiwch leihau sŵn dros dro– Mae cyfartaleddu fframiau yn lleihau sŵn ond gall achosi bwganod os yw'r olygfa'n symud.
Perfformiad Ysgafn Isel mewn Gwahanol Fathau Modiwlau Camera
Modiwl Camera Mini (ar gyfer endosgopi)– Mae gan y rhain synwyryddion bach iawn (1/9 ″ i 1/6″) a lensys bach. Mae eu perfformiad golau isel yn gynhenid gyfyngedig. I wneud iawn, mae modiwlau camera endosgop yn defnyddio LEDs llachar yn agos iawn at y lens. Ar gyfer defnydd meddygol, mae'r allbwn golau yn gyfyngedig i osgoi gwresogi meinwe, felly mae sensitifrwydd y camera yn hollbwysig.
Modiwl Camera USB (UVC)- Mae llawer o fodiwlau camera UVC ar gyfer gwe-gamerâu yn defnyddio synwyryddion bach sydd â gallu golau isel ar gyfartaledd. Fodd bynnag, mae modiwlau camera UVC proffesiynol ar gyfer gwyliadwriaeth neu archwilio diwydiannol yn aml yn defnyddio synwyryddion BSI a phicseli mwy. Maent hefyd yn cefnogi enillion awtomatig ac addasiadau datguddiad.
Modiwl Camera OEM- Pan fyddwch chi'n dylunio modiwl camera OEM wedi'i deilwra, gallwch chi wneud y gorau o bob agwedd ar gyfer golau isel: dewiswch synhwyrydd BSI gyda phicseli mawr, nodwch lens gwydr gydag agorfa f/1.8, a thiwniwch leihad sŵn yr ISP. Dyma'r ffordd orau o gyflawni perfformiad golau isel rhagorol ar gyfer cais penodol.
Modiwl Camera Ffocws Auto- Mae Autofocus yn ychwanegu elfen lens symudol, a all leihau'r agorfa uchaf ychydig. Fodd bynnag, mae llawer o fodiwlau autofocus yn dal i gyflawni f/2.0-f/2.4, sy'n dda ar gyfer golau isel. Y fantais yw y gallwch chi hefyd ganolbwyntio ar wrthrychau agos mewn amodau gwan.
Modiwl Camera Raspberry Pi V3– Mae'r camera Raspberry Pi swyddogol yn defnyddio synhwyrydd Sony IMX708 (BSI, 1.4 µm picsel yn y modd 4:3). Mae ei berfformiad golau isel yn weddus ar gyfer modiwl defnyddwyr, ond nid cystal â chamera diwydiannol ysgafn isel pwrpasol. Gallwch ei wella trwy leihau'r gyfradd ffrâm a defnyddio'r opsiwn --nopreview i osgoi CPU uwchben.
Enghraifft Ymarferol
Tybiwch fod angen modiwl camera bach arnoch ar gyfer archwiliad dronau yn ystod y nos. Mae gennych ddau opsiwn:
Opsiwn A: synhwyrydd 720p gyda 2.2 µm picsel, BSI, lens f/2.0.
Opsiwn B: Synhwyrydd 1080p gyda 1.4 µm picsel, di-BSI, lens f/2.8.
Bydd Opsiwn A yn cynhyrchu delwedd noson lanach o lawer, er bod y cydraniad yn is. Ar gyfer y dasg drone, nid oes angen 1080p arnoch - mae angen i chi weld y pwnc yn glir yn y tywyllwch. Felly, dewiswch y modiwl sydd â pherfformiad golau isel gwell.
Crynodeb
Mae perfformiad golau isel yn pennu pa mor dda y gall modiwl camera gynhyrchu delwedd y gellir ei defnyddio mewn amodau gwan neu dywyll. Mae'n dibynnu ar faint picsel (mwy yn well), technoleg BSI, agorfa lens, lleihau sŵn ISP, a chyfradd ffrâm. Wrth ddewis modiwl camera - boed yn fodiwl camera mini ar gyfer endosgopi, Modiwl Camera USB ar gyfer diogelwch, modiwl camera OEM ar gyfer dyfais arferiad, modiwl camera ffocws auto ar gyfer sganiwr cod bar, modiwl camera UVC ar gyfer gwe-gamera, modiwl camera cmos ar gyfer gweledigaeth wedi'i fewnosod, neu fodiwl camera pi raspberry v3 ar gyfer prototeip - gwiriwch faint picsel y synhwyrydd bob amser ac a yw'n defnyddio BSI. Mewn golau isel iawn, ystyriwch ychwanegu goleuo IR a lleihau'r gyfradd ffrâm.
Os oes angen modiwl camera arnoch chi wedi'i optimeiddio ar gyfer cymwysiadau golau isel, cysylltwch â Sincere. Rydym yn dylunio ac yn cynhyrchu modiwlau camera OEM arferol gyda synwyryddion CMOS sensitifrwydd uchel, picsel mawr, a lensys cyflym wedi'u teilwra i'ch amgylchedd.
