Sensibilité à la lumière : Sony IMX183 vs Onsemi AR2020
Gaspar van Elmbt
La sensibilité à la lumière est un paramètre essentiel dans le choix des caméras industrielles pour les applications d’imagerie en faible luminosité. Cet article présente une évaluation comparative de deux capteurs : le Sony IMX183 et l’Onsemi AR2020, tels qu’ils sont intégrés dans les caméras MER2-2000-19U3M et MER2-2002-20U3M respectivement.
En analysant des tests réalisés en ajustant le gain, en variant les temps d’exposition et l’amplification du signal numérique, l’étude met en évidence la sensibilité à la lumière des deux capteurs dans des conditions d’éclairage difficiles.
Table of contents
| Modèle de Caméra | MER2-2000-19U3M | MER2-2002-20U3M |
|---|---|---|
|
Capteur |
Sony IMX183 CMOS à obturateur roulant |
Onsemi AR2020 CMOS à obturateur roulant |
|
Résolution |
5496 x 3672 |
5120 x 3840 |
|
Nombre total de pixels |
20.48 MP |
20 MP |
|
Taille de pixel |
2.4 um |
1.4 um |
|
Format optique |
1" |
1/1.8" |
|
SNR |
42.08 dB |
39.41 dB |
|
Plage de gain standard |
0 dB - 24 dB |
0 dB - 24 dB |
|
Gain (si vous utilisez Supprimer les limites des paramètres) |
0 dB - 27 dB |
0 dB - 50.6 dB |
|
Temps d'exposition standard |
12us - 1s |
26us - 1s |
|
Exposition (si vous utilisez Supprimer les limites des paramètres) |
12us - 15s |
26us - 15s |
|
Profondeur de bits des pixels |
8-bit, 12-bit |
8-bit, 12-bit |
Influence du gain, de l’exposition et du décalage numérique sur IMX183 vs AR2020
Tests de sensibilité à la lumière IMX183 vs AR2020
Test de référence de l’IMX183 vs AR2020
Réglez le gain sur 0 dB. Cela fournit une référence sans bruit supplémentaire dû à l’amplification.
Pour établir une mesure fondamentale de la sensibilité lumineuse native, les deux caméras ont été testées à gain nul (0 dB). Les temps d’exposition ont été augmentés progressivement de 40 ms à 50 ms, et le décalage numérique (la capacité interne du capteur à amplifier la sortie numérique) a été appliqué progressivement jusqu’au maximum autorisé par chaque modèle.
- Avec un temps d'exposition de 40 ms sans gain, les deux capteurs ont produit des images relativement sombres avec une visibilité limitée de la mire.
- En augmentant l’exposition à 50 ms et en appliquant le décalage numérique maximal, le capteur Onsemi AR2020 a produit des images nettement plus lumineuses et avec un contraste supérieur par rapport au capteur Sony IMX183 dans des conditions de test identiques.
- Le capteur IMX183 a nécessité un décalage numérique plus agressif et un temps d’exposition plus long pour atteindre une luminosité d’image similaire, ce qui indique une sensibilité de base relativement plus faible.
Ce test initial a démontré l’avantage de l’AR2020 dans la détection de niveaux de lumière plus faibles de manière plus efficace.
Test de gain numérique de l’IMX183 vs AR2020
Dans la phase suivante, les deux capteurs ont été testés au gain analogique maximal (24 dB) avec un temps d'exposition fixe de 10 ms.
Lorsque le gain analogique passe de 12 dB à 24 dB, les deux caméras présentent une augmentation nette de la luminosité de l'image à chaque palier de gain. Les détails de la mire de test deviennent progressivement plus visibles sur les deux caméras.
- Gain de 12 dB :
Les deux capteurs produisent des images sombres avec seulement de faibles détails du graphique visibles. L’AR2020 offre une luminosité légèrement plus homogène ; l’IMX183 paraît globalement plus sombre.
- Gain de 18 dB :
La luminosité s'améliore considérablement pour les deux caméras, rendant la mire plus visible. L'AR2020 conserve un léger avantage en termes de luminosité et de contraste. Le bruit devient plus perceptible, en particulier dans les zones sombres.
- Gain de 24 dB (maximum) :
Les deux caméras atteignent leurs images les plus lumineuses avec une visibilité maximale des détails. L’AR2020 conserve un contraste légèrement supérieur. Cependant, le bruit et le grain augmentent de manière significative, en particulier dans les zones d’arrière-plan et à faible contraste, ce qui réduit la clarté des détails fins sur les deux capteurs.
Test de décalage numérique de l'IMX183 vs AR2020
Ici, les deux caméras industrielles sont réglées sur leur gain maximal par défaut (24 dB), en faisant varier à la fois le temps d’exposition et les valeurs de décalage numérique.
- Gain maximal + Décalage numérique initial :
Avec une exposition de 10 ms et un décalage numérique minimal (décalage 1), les deux caméras affichent une luminosité et un contraste similaires, la mire de test étant modérément visible.
Aucun capteur ne présente d’avantage dominant dans ce réglage.
- Gain maximal + Décalage numérique maximal :
Avec une exposition de 10 ms et un décalage numérique maximal (décalage 4 pour l'IMX183, décalage 2 pour l'AR2020), l'image du capteur IMX183 devient extrêmement lumineuse, presque surexposée, tandis que le capteur AR2020 reste bien équilibré avec de bons détails et un bon contraste.
Cela suggère que la plage plus large de décalage numérique disponible sur le capteur IMX183 peut amplifier le signal d'image de manière plus agressive, mais potentiellement au détriment de la plage dynamique et avec un risque de surexposition.
Comme l'image apparaît surexposée avec les réglages de gain et de décalage numérique au maximum, réduire le temps d'exposition peut aider à préserver les détails.
- Faible exposition + Décalage numérique maximal :
Avec un temps d'exposition très faible (3 ms), un gain maximal et un décalage numérique maximal, les deux capteurs récupèrent bien la luminosité et les détails du graphique, bien que l'IMX183 apparaisse à nouveau plus lumineux que l'AR2020.
L'AR2020 conserve davantage de gradations tonales, tandis que l'IMX183 tend vers des demi-tons plus clairs.
- Faible exposition + décalage numérique identique :
Lorsque les deux caméras sont réglées sur le même décalage numérique (décalage 2), avec une exposition très faible et un gain maximal, leurs niveaux de luminosité deviennent similaires, mais l’AR2020 conserve généralement un peu mieux les détails et le contraste.
Cette comparaison met en évidence que, bien que le capteur IMX183 permette une amplification numérique plus importante, l’AR2020 maintient un meilleur équilibre entre la luminosité et les détails, ce qui le rend plus efficace pour préserver la qualité d’image dans des conditions de décalage numérique important.
Extension de la plage de gain : utilisation de la suppression des limites de paramètres pour une sensibilité maximale
Les paramètres de la Caméra disposent généralement de limites définies en usine afin de garantir des performances optimales et une qualité d'image élevée. Cependant, pour certaines applications, les utilisateurs peuvent avoir besoin d'étendre ces plages. La fonctionnalité « Supprimer les limites des paramètres » permet d'élargir la plage de réglage de certains paramètres au-delà de leurs valeurs par défaut d'usine.
Lorsque cette fonctionnalité est appliquée, le gain maximal autorisé est étendu comme suit :
- MER2-2000-19U3M : de 0 dB jusqu'à 27 dB
- MER2-2002-20U3M : de 0 dB jusqu'à 50,6 dB
Pour éviter la surexposition à un gain très élevé (50,6 dB), le temps d'exposition de la Caméra MER2-2002-20U3M est réduit de 10 ms à 0,5 ms
À ces niveaux de gain étendus, le bruit devient un facteur critique. Les images capturées à 50,6 dB de gain sur l’AR2020 présentent du grain et du bruit, qui persistent même lorsque d’autres paramètres sont ajustés.
En revanche, l’IMX183 produit une image plus propre mais nettement plus sombre, sans le gain de luminosité malgré la plage de gain étendue.
Dans le scénario de test final, où les deux capteurs fonctionnent avec un gain, un décalage numérique et des paramètres d’exposition au maximum, les images deviennent fortement surexposées avec une perte de détails dans les hautes lumières et les zones claires.
L’équilibrage de ces paramètres est essentiel : bien que la suppression des limites permette d’augmenter encore la sensibilité, cela accentue également le bruit et la dégradation potentielle de l’image, en particulier sur le capteur AR2020 à des gains très élevés.
Conclusions sur la sensibilité à la lumière de l’IMX183 par rapport à l’AR2020
Le capteur Onsemi AR2020 présente généralement une sensibilité à la lumière supérieure à celle du Sony IMX183. Il fournit des images plus lumineuses, plus nettes, avec des contrastes plus marqués et conserve davantage de détails dans des conditions de faible luminosité. Bien qu'il gère efficacement le gain et le décalage numérique, le bruit d'image augmente de manière significative à des réglages extrêmes.
En revanche, l’IMX183 nécessite un temps d’exposition plus long ou un décalage numérique plus poussé pour atteindre une luminosité similaire, mais il produit des images plus propres avec moins de bruit. Cependant, il est plus sujet à la surexposition et à la perte de détails dans les hautes lumières lorsqu’il est poussé à l’extrême.
En résumé, le capteur IMX183 et le Onsemi AR2020 offrent chacun des avantages distincts. Le meilleur choix dépend de vos besoins spécifiques en matière d’imagerie en faible luminosité.
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