Lysfølsomhed: Sony IMX183 vs. Onsemi AR2020
Lysfølsomhed er en kritisk parameter ved valg af industrielle kameraer til billedbehandlingsapplikationer i svagt lys. Denne artikel præsenterer en sammenlignende evaluering af to sensorer: Sony IMX183 og Onsemi AR2020, som anvendt i henholdsvis kameraerne MER2-2000-19U3M og MER2-2002-20U3M.
Ved at analysere tests udført med justering af gain, varierende eksponeringstider og digital signalforstærkning fremhæver denne undersøgelse lysfølsomhedsydelsen for de to sensorer under udfordrende lysforhold. Da begge kameraer var udstyret med identiske objektiver indstillet til samme blænde (F2.4) og havde ens optiske egenskaber, kan resultaterne udelukkende baseres på sensorernes iboende ydeevne.
| Kameramodel | MER2-2000-19U3M | MER2-2002-20U3M |
|---|---|---|
|
Sensor |
Sony IMX183 Rolling Shutter CMOS |
Onsemi AR2020 Rolling Shutter CMOS |
|
Opløsning |
5496 x 3672 |
5120 x 3840 |
|
Samlet antal pixels |
20,48 MP |
20 MP |
|
Pixelstørrelse |
2,4 µm |
1,4 µm |
|
Optisk format |
1" |
1/1.8" |
|
SNR |
42,08 dB |
39.41 dB |
|
Standardforstærkningsområde |
0 dB - 24 dB |
0 dB - 24 dB |
|
Forstærkning (hvis Fjern parametergrænser anvendes) |
0 dB - 27 dB |
0 dB - 50.6 dB |
|
Standardeksponeringstid |
12us - 1s |
26 µs - 1 s |
|
Eksponering (hvis du bruger Fjern parametergrænser) |
12 µs - 15 s |
26 µs - 15 s |
|
Pixelbitdybde |
8-bit, 12-bit |
8-bit, 12-bit |
Indflydelse af Gain, Eksponering og Digital Shift PÅ IMX183 VS AR2020
Gain, eksponering og digital forskydning er nøglefunktioner, der bidrager til et kameras evne til at opfange lys og påvirker billedernes lysstyrke og kvalitet, især under varierende lysforhold.
Lysfølsomhedstests IMX183 vs AR2020
Baselinetest af IMX183 vs. AR2020
Indstil gain til 0 dB. Dette giver en baseline uden yderligere støj fra forstærkning.
For at fastlægge et grundlæggende mål for den native lysfølsomhed blev begge kameraer testet ved nul gain (0 dB). Eksponeringstiderne blev gradvist øget fra 40 ms til 50 ms, og digital shift (sensorens interne funktion til at forstærke det digitale output) blev anvendt progressivt op til det maksimalt tilladte for hver model.
For at få adgang til billedresultaterne fra lysfølsomhedstestene, udfyld formularen nedenfor, som fører til vores downloadside.
- Ved 40 ms eksponering uden gain fremstod billederne fra begge sensorer relativt mørke med begrænset synlighed af testkortets detaljer.
- Da eksponeringen blev øget til 50 ms, og det maksimale digitale skift blev anvendt, producerede Sony IMX183-sensoren billeder med lidt højere lysstyrke og kontrast sammenlignet med Onsemi AR2020-sensoren under de samme forhold.
- IMX183-sensoren viser overeksponering ved anvendelse af aggressiv digital forskydning og længere eksponeringstid.
Test af digital forstærkning af IMX183 vs AR2020
I den næste fase blev begge sensorer testet ved maksimal analog forstærkning (24 dB) med en fast eksponeringstid på 10 ms.
Efterhånden som den analoge forstærkning øges fra 12 dB til 24 dB, viser begge kameraer en tydelig stigning i billedets lysstyrke ved hvert forstærkningstrin. Detaljerne på testdiagrammet bliver gradvist mere synlige i begge kameraer.
- 12 dB forstærkning:
Ved dette lavere forstærkningsniveau producerede begge sensorer relativt mørke billeder, hvor kun svage detaljer på testdiagrammet var synlige. OnSemi AR2020 fremstod på dette tidspunkt en smule mørkere end Sony IMX183.
- 18 dB forstærkning:
En forøgelse af forstærkningen til 18 dB resulterede i en forbedring af lysstyrken for begge sensorer, især i de lysere områder af billederne, hvilket gjorde diagramdetaljerne mere synlige. Sony IMX183 viste en lille fordel i den samlede lysstyrke. Støj blev dog mere mærkbar i de mørkere områder af begge billeder.
- 24 dB forstærkning (maksimum):
Begge kameraer opnår deres lyseste billeder med maksimal synlighed af detaljer. IMX183 bevarer en marginalt højere kontrast. Støj og kornethed øges dog betydeligt, hvilket reducerer klarheden af fine detaljer i begge sensorer.
Digital Shift-test af IMX183 vs AR2020
Her er begge industrikameraer indstillet til deres maksimale standardforstærkning (24 dB), mens både eksponeringstid og digitale shift-værdier varieres.
- Maksimal forstærkning + indledende digital shift:
Ved 10 ms eksponering med minimal digital shift (shift 1) leverer Sony IMX183 højere lysstyrke og kontrast. Detaljerne i testdiagrammet er tydeligt synlige på IMX183-billeder, mens OnSemi AR2020-billederne fremstår moderat synlige, men mindre lyse.
- Maksimal gain + maksimalt digitalt shift:
Ved samme eksponeringstid, men med maksimalt digitalt shift anvendt (shift 4 for IMX183, shift 2 for AR2020), bliver IMX183-billederne ekstremt lyse og viser fuld overeksponering. AR2020 forbliver derimod balanceret med gode detaljer og kontrast.
Dette tyder på, at selvom IMX183's bredere udvalg af digitale shifts muliggør mere aggressiv signalforstærkning, medfører det risiko for overeksponering og potentielt tab af dynamisk område. For at afhjælpe dette kan en reduktion af eksponeringstiden hjælpe med at bevare billeddetaljer.
- Lav eksponering + maksimal digital forskydning:
Ved meget kort eksponeringstid (3 ms), kombineret med maksimal gain og digital forskydning, genskaber begge sensorer lysstyrke og diagramdetaljer godt. IMX183 har dog igen tendens til at være overeksponeret sammenlignet med AR2020, som gengiver tonerne bedre. IMX183 forskydes mod lysere mellemtoner.
- Lav eksponering + samme digitale shift:
Når begge kameraer indstilles til samme digitale shift (shift 2) ved lav eksponering og maksimal gain, bliver deres lysstyrkeniveauer næsten ens. Støj forbliver mærkbar i begge sensorer under disse forhold.
Udvidelse af gain-område: Brug af fjernelse af parametergrænser for maksimal følsomhed
Kameraparametre har typisk fabriksdefinerede grænser for at sikre optimal ydeevne og høj billedkvalitet. For specifikke applikationer kan brugere dog have behov for at udvide disse intervaller. Funktionen "Fjern parametergrænser" gør det muligt at udvide det justerbare interval for visse parametre ud over deres fabriksstandarder.
Når denne funktion anvendes, udvides den maksimalt tilladte gain som følger:
- MER2-2000-19U3M: fra 0 dB op til 27 dB
- MER2-2002-20U3M: fra 0 dB op til 50,6 dB
For at undgå overeksponering ved meget høj gain (50,6 dB) reduceres eksponeringstiden for MER2-2002-20U3M fra 10 ms til 0,5 ms
Ved disse meget høje gainniveauer bliver støj en kritisk faktor, der påvirker billedkvaliteten. Billeder optaget ved 50,6 dB gain på OnSemi AR2020 viser synlig kornethed og støj, som fortsætter, selv når andre indstillinger justeres.
Når billeder fra Sony IMX183 og AR2020 sammenlignes ved disse ekstreme gainværdier, fremstår begge noget ens; IMX183 leverer dog samlet set et renere og lysere billede.
I det sidste testscenarie blev begge sensorer indstillet til deres maksimale gain-, digitale shift- og eksponeringsindstillinger. Under disse forhold har IMX183-billederne kraftig overeksponering, hvilket medfører et betydeligt tab af detaljer i højlys og lyse områder.
Til sammenligning har AR2020-billederne et lavere eksponeringsniveau, men de viser stadig detaljer i de mørkere områder af testdiagrammet.
Dette understreger vigtigheden af at afbalancere indstillingerne: Fjernelse af sensorbegrænsninger gør det muligt at udvide følsomheden, men det øger også støjen og kan forringe billedkvaliteten.
For AR2020 resulterer dette i mærkbar støj ved ekstrem gain, og IMX183 lider under fuldstændigt tab af detaljer på grund af overeksponering.
Konklusioner om lysfølsomheden for IMX183 vs. AR2020
Til sammenligning tilbyder Sony IMX183-sensoren fordele såsom en større pixelstørrelse (2,4 µm vs. 1,4 µm) og et lidt højere signal-støj-forhold (42,08 dB vs. 39,41 dB), hvilket resulterer i bedre lysfølsomhed pr. pixel og renere billeder. Onsemi AR2020 tilbyder dog en langt højere maksimalt konfigurerbar gain, hvilket kan gøre den mere fleksibel under ekstreme svaglysforhold, hvor signalforstærkning er påkrævet, selv hvis der introduceres yderligere støj.
Overordnet set viser begge sensorer stærke egenskaber med kun marginale forskelle i billedkvalitet under standardforhold. IMX183 kan levere lidt lysere og renere resultater på grund af dens fordel i pixelstørrelse og SNR, mens AR2020 udmærker sig, når højere gain-indstillinger er afgørende. Det optimale valg afhænger i sidste ende af de præcise krav til din billedbehandlingsapplikation under svaglysforhold.
Vil du vide mere om disse kameraer eller udforske vores fulde udvalg af billedbehandlingsløsninger? Udfyld formularen nedenfor, så vender en af vores specialister tilbage til dig hurtigst muligt. Vi er her for at hjælpe dig med at finde den bedste løsning til dine behov inden for billedbehandling.