Sensibilidad a la luz: Sony IMX183 vs Onsemi AR2020
Gaspar van Elmbt
La sensibilidad a la luz es un parámetro fundamental en la selección de cámaras industriales para aplicaciones de imágenes en condiciones de poca luz. Este artículo presenta una evaluación comparativa de dos sensores: el Sony IMX183 y el Onsemi AR2020, tal como se implementan en las cámaras MER2-2000-19U3M y MER2-2002-20U3M, respectivamente.
Mediante el análisis de pruebas realizadas ajustando la ganancia, variando los tiempos de exposición y la amplificación digital de la señal, el estudio revela la sensibilidad a la luz de ambos sensores en condiciones de iluminación exigentes.
Table of contents
| Modelo de Cámara | MER2-2000-19U3M | MER2-2002-20U3M |
|---|---|---|
|
Sensor |
Sony IMX183 Rolling Obturador CMOS |
Onsemi AR2020 Rolling Obturador CMOS |
|
Resolución |
5496 x 3672 |
5120 x 3840 |
|
Píxeles totales |
20.48 MP |
20 MP |
|
Tamaño de píxel |
2.4 um |
1.4 um |
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Formato óptico |
1" |
1/1.8" |
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SNR |
42.08 dB |
39.41 dB |
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Rango de ganancia estándar |
0 dB - 24 dB |
0 dB - 24 dB |
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Ganancia (si se utiliza Eliminar límites de parámetros) |
0 dB - 27 dB |
0 dB - 50.6 dB |
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Tiempo de exposición estándar |
12us - 1s |
26us - 1s |
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Exposición (si se utiliza Eliminar límites de parámetros) |
12us - 15s |
26us - 15s |
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Profundidad de bits de píxel |
8-bit, 12-bit |
8-bit, 12-bit |
Influencia de la ganancia, la exposición y el desplazamiento digital en IMX183 vs AR2020
Pruebas de sensibilidad a la luz IMX183 vs AR2020
Prueba básica de IMX183 vs AR2020
Establezca la ganancia en 0dB. Esto proporciona una referencia sin ruido adicional por amplificación.
Para establecer una medida fundamental de la sensibilidad nativa a la luz, ambas cámaras se probaron con ganancia cero (0 dB). Los tiempos de exposición se incrementaron gradualmente de 40 ms a 50 ms, y el desplazamiento digital (la capacidad interna del sensor para amplificar la salida digital) se aplicó progresivamente hasta el máximo permitido por cada modelo.
- Con una exposición de 40 ms y sin ganancia, ambos sensores produjeron imágenes relativamente oscuras con una visibilidad limitada de la carta.
- Al aumentar la exposición a 50 ms y aplicar el desplazamiento digital máximo, el sensor Onsemi AR2020 mostró imágenes notablemente más brillantes y con mayor contraste que el sensor Sony IMX183 bajo condiciones de prueba idénticas.
- El sensor IMX183 requirió un desplazamiento digital más agresivo y una exposición más prolongada para acercarse a un brillo de imagen similar, lo que indica una sensibilidad base relativamente menor.
Esta prueba inicial demostró la ventaja del AR2020 en la detección de niveles de luz más bajos de manera más eficaz.
Prueba de ganancia digital de IMX183 frente a AR2020
En la siguiente fase, ambos sensores fueron probados con la ganancia analógica máxima (24 dB) y un tiempo de exposición fijo de 10 ms.
A medida que la ganancia analógica aumenta de 12 dB a 24 dB, ambas cámaras muestran un claro incremento en el brillo de la imagen en cada paso de ganancia. Los detalles de la carta de prueba se vuelven gradualmente más visibles en ambas cámaras.
- 12 dB de ganancia:
Ambos sensores producen imágenes oscuras con solo detalles tenues de la carta visibles. El AR2020 ofrece un brillo ligeramente más uniforme; el IMX183 parece más oscuro en general.
- 18 dB de ganancia:
El brillo mejora sustancialmente en ambas cámaras, haciendo que la carta sea más visible. La AR2020 mantiene una ligera ventaja en brillo y contraste. El ruido se vuelve más notable, especialmente en las áreas oscuras.
- 24 dB de ganancia (máxima):
Ambas cámaras alcanzan sus imágenes más brillantes con la máxima visibilidad de detalles. La AR2020 mantiene un contraste ligeramente superior. Sin embargo, el ruido y el grano aumentan significativamente, especialmente en las regiones de fondo y de bajo contraste, lo que reduce la claridad de los detalles finos en ambos sensores.
Prueba de desplazamiento digital de IMX183 frente a AR2020
Aquí, ambas cámaras industriales están configuradas en su ganancia máxima predeterminada (24 dB), variando tanto el tiempo de exposición como los valores de desplazamiento digital.
- Ganancia máxima + desplazamiento digital inicial:
Con una exposición de 10 ms y un desplazamiento digital mínimo (desplazamiento 1), ambas cámaras muestran un brillo y contraste similares, con la carta de prueba moderadamente visible.
No existe una ventaja dominante en ninguno de los sensores en este ajuste.
- Ganancia máxima + Desplazamiento digital máximo:
Con una exposición de 10 ms y el desplazamiento digital máximo (desplazamiento 4 para IMX183, desplazamiento 2 para AR2020), la imagen del sensor IMX183 se vuelve extremadamente brillante, casi sobreexpuesta, mientras que el sensor AR2020 se mantiene bien equilibrado, con buen detalle y contraste.
Esto sugiere que el rango más amplio de desplazamiento digital disponible en el sensor IMX183 puede amplificar la señal de imagen de manera más agresiva, pero potencialmente a costa del rango dinámico y con riesgo de sobreexposición.
Dado que la imagen aparece sobreexpuesta con la ganancia máxima y los ajustes máximos de desplazamiento digital, reducir el tiempo de exposición puede ayudar a mejorar la retención de detalles.
- Baja exposición + Máximo desplazamiento digital:
Con un tiempo de exposición muy bajo (3 ms), ganancia máxima y máximo desplazamiento digital, ambos sensores recuperan bien el brillo y los detalles de la carta, aunque el IMX183 vuelve a parecer más brillante que el AR2020.
El AR2020 conserva más gradaciones tonales, mientras que el IMX183 tiende hacia tonos medios más claros.
- Baja exposición + Desplazamiento digital igual:
Cuando ambas cámaras están configuradas con el mismo desplazamiento digital (shift 2), a una exposición muy baja y ganancia máxima, sus niveles de brillo se vuelven similares, pero el AR2020 generalmente conserva el detalle y el contraste ligeramente mejor.
Esta comparación destaca que, si bien el sensor IMX183 permite una mayor amplificación digital, el AR2020 mantiene un mejor equilibrio entre brillo y detalle, lo que lo hace más eficaz para preservar la calidad de imagen bajo condiciones de desplazamiento digital agresivo.
Ampliación del rango de ganancia: utilización de la eliminación de límites de parámetros para lograr la máxima sensibilidad
Los parámetros de la Cámara suelen tener límites definidos de fábrica para garantizar un rendimiento óptimo y una alta calidad de imagen. Sin embargo, para aplicaciones específicas, los usuarios pueden necesitar ampliar estos rangos. La función "Eliminar límites de parámetros" permite ampliar el rango ajustable de ciertos parámetros más allá de los valores predeterminados de fábrica.
Cuando se aplica esta función, la ganancia máxima permitida se amplía de la siguiente manera:
- MER2-2000-19U3M: de 0 dB hasta 27 dB
- MER2-2002-20U3M: de 0 dB hasta 50,6 dB
Para evitar la sobreexposición a una ganancia muy alta (50,6 dB), el tiempo de exposición de la MER2-2002-20U3M se reduce de 10 ms a 0,5 ms
En estos niveles de ganancia extendidos, el ruido se convierte en un factor crítico. Las imágenes capturadas a 50,6 dB de ganancia en el AR2020 muestran grano y ruido, que persisten incluso cuando se ajustan otros parámetros.
En cambio, el IMX183 produce una imagen más limpia pero notablemente más oscura, careciendo del aumento de brillo a pesar del rango de ganancia extendido.
En el escenario de prueba final, donde ambos sensores operan con el máximo de ganancia, desplazamiento digital y parámetros de exposición, las imágenes se sobreexponen gravemente con pérdida de detalle en las zonas de altas luces y áreas brillantes.
Equilibrar estos parámetros es esencial: si bien eliminar los límites permite aumentar aún más la sensibilidad, también agrava el ruido y la posible degradación de la imagen, especialmente en el sensor AR2020 a ganancias muy elevadas.
Conclusiones sobre la sensibilidad a la luz del IMX183 frente al AR2020
El sensor Onsemi AR2020 generalmente demuestra una mayor sensibilidad a la luz que el Sony IMX183. Ofrece imágenes más brillantes y claras, con contrastes más fuertes y conserva más detalles en condiciones de poca luz. Si bien gestiona eficazmente la ganancia y el desplazamiento digital, el ruido de la imagen aumenta significativamente en configuraciones extremas.
En cambio, el IMX183 requiere exposiciones más largas o un desplazamiento digital más agresivo para lograr un brillo similar, pero produce imágenes más limpias y con menos ruido. Sin embargo, es más propenso a la sobreexposición y a la pérdida de detalles en las altas luces cuando se lleva al límite.
En resumen, tanto el sensor IMX183 como el Onsemi AR2020 ofrecen ventajas distintas. La mejor elección depende de sus requisitos específicos de imágenes en condiciones de poca luz.
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