Lichtgevoeligheid: Sony IMX183 vs Onsemi AR2020
Gaspar van Elmbt
Lichtgevoeligheid is een cruciale parameter bij het selecteren van industriële camera's voor imaging applicaties bij weinig licht. Dit artikel presenteert een vergelijkende evaluatie van twee sensoren: de Sony IMX183 en de Onsemi AR2020, zoals geïmplementeerd in respectievelijk de MER2-2000-19U3M en MER2-2002-20U3M camera's.
Door het analyseren van tests uitgevoerd met aangepaste gain, verschillende belichtingstijden en digitale signaalversterking, benadrukt deze studie de lichtgevoeligheidsprestaties van de twee sensoren onder uitdagende lichtomstandigheden. Aangezien beide camera's waren uitgerust met identieke lenzen ingesteld op hetzelfde diafragma (F2.4) en optisch op elkaar waren afgestemd, kunnen de resultaten uitsluitend worden gebaseerd op de intrinsieke prestaties van de sensoren. Door het analyseren van tests uitgevoerd met aangepaste gain, verschillende belichtingstijden en digitale signaalversterking, onthult de studie de lichtgevoeligheid van de twee sensoren onder uitdagende lichtomstandigheden.
Table of contents
| Camera Model | MER2-2000-19U3M | MER2-2002-20U3M |
|---|---|---|
|
Sensor |
Sony IMX183 Rolling Shutter CMOS |
Onsemi AR2020 Rolling Shutter CMOS |
|
Resolutie |
5496 x 3672 |
5120 x 3840 |
|
Totaal aantal pixels |
20.48 MP |
20 MP |
|
Pixelgrootte |
2.4 um |
1.4 um |
|
Optisch formaat |
1" |
1/1.8" |
|
SNR |
42.08 dB |
39.41 dB |
|
Standaard versterkingsbereik |
0 dB - 24 dB |
0 dB - 24 dB |
|
Gain (indien u Parameterlimieten verwijderen gebruikt) |
0 dB - 27 dB |
0 dB - 50.6 dB |
|
Standaard belichtingstijd |
12us - 1s |
26us - 1s |
|
Belichting (indien Parameterlimieten verwijderen wordt gebruikt) |
12us - 15s |
26us - 15s |
|
Pixelbitdiepte |
8-bit, 12-bit |
8-bit, 12-bit |
Invloed van gain, belichting en digitale shift op IMX183 vs AR2020
Gain, belichting en digitale verschuiving zijn belangrijke functies die bijdragen aan het vermogen van een camera om licht vast te leggen en de helderheid en kwaliteit van beelden te beïnvloeden, vooral bij wisselende lichtomstandigheden.
Lichtgevoeligheidstests IMX183 vs AR2020
Baseline Test van IMX183 vs AR2020
Stel de gain in op 0dB. Dit biedt een basislijn zonder extra ruis door versterking.
Om een fundamentele maatstaf voor de native lichtgevoeligheid vast te stellen, werden beide camera’s getest bij nul gain (0 dB). De belichtingstijden werden stapsgewijs verhoogd van 40 ms tot 50 ms, en digitale shift (de interne mogelijkheid van de sensor om de digitale output te versterken) werd progressief toegepast tot het maximum dat door elk model werd toegestaan.
- Bij een belichtingstijd van 40 ms zonder gain, waren de beelden van beide sensoren relatief donker, met beperkte zichtbaarheid van de details op de testkaart.
- Toen de belichting werd verhoogd naar 50 ms en de maximale digitale verschuiving werd toegepast, produceerde de Sony IMX183-sensor iets helderdere en contrastrijkere beelden in vergelijking met de Onsemi AR2020-sensor onder dezelfde omstandigheden.
- De IMX183-sensor vertoont overbelichting bij agressieve digitale verschuiving en langere belichtingstijd.
Digitale versterkingstest van IMX183 vs AR2020
In de volgende fase werden beide sensoren getest bij maximale analoge versterking (24 dB) met een vaste belichtingstijd van 10 ms.
Naarmate de analoge versterking toeneemt van 12 dB naar 24 dB, vertonen beide camera's een duidelijke toename in beeldhelderheid bij elke versterkingsstap. De details van de testkaart worden geleidelijk beter zichtbaar in beide camera's.
- 12 dB Versterking:
Bij dit lagere versterkingsniveau produceerden beide sensoren relatief donkere beelden, waarbij slechts vage details van de testkaart zichtbaar waren. De OnSemi AR2020 leek in deze fase iets donkerder dan de Sony IMX183.
- 18 dB Versterking:
Het verhogen van de versterking naar 18 dB resulteerde in een verbetering van de helderheid voor beide sensoren, vooral in de lichtere delen van de beelden, waardoor de details van de testkaart beter zichtbaar werden. De Sony IMX183 toonde een klein voordeel in de algehele helderheid. Echter, ruis werd duidelijker zichtbaar in de donkere gebieden van beide beelden.
- 24 dB Versterking (Maximum):
Beide camera's bereiken hun helderste beelden met maximale detailzichtbaarheid. De IMX183 behoudt een iets hoger contrast. Echter, ruis en korreligheid nemen aanzienlijk toe, waardoor de helderheid van fijne details bij beide sensoren afneemt.
Digitale verschuivingstest van IMX183 vs AR2020
Hier zijn beide industriële camera's ingesteld op hun standaard maximale versterking (24 dB), waarbij zowel de belichtingstijd als de digitale shift-waarden variëren.
- Maximale versterking + initiële digitale shift:
Bij een belichting van 10 ms met een minimale digitale shift (shift 1) levert de Sony IMX183 een hogere helderheid en contrast. De details van de testkaart zijn goed zichtbaar op de IMX183-beelden, terwijl de OnSemi AR2020-beelden matig zichtbaar maar minder helder zijn.
- Maximale gain + maximale digitale verschuiving:
Bij dezelfde belichtingstijd maar met maximale digitale verschuiving toegepast (shift 4 voor IMX183, shift 2 voor AR2020), worden de beelden van de IMX183 extreem helder en volledig overbelicht. Daarentegen blijft de AR2020 in balans met goede details en contrast.
Dit suggereert dat hoewel het bredere bereik van digitale verschuivingen van de IMX183 meer agressieve signaalversterking mogelijk maakt, dit gepaard gaat met het risico van overbelichting en mogelijk verlies van dynamisch bereik. Om dit te voorkomen kan het verkorten van de belichtingstijd helpen om beelddetails te behouden.
- Lage belichting + Maximale digitale verschuiving:
Bij een zeer korte belichtingstijd (3 ms), maximale versterking en maximale digitale verschuiving, herstellen beide sensoren de helderheid en details van de testkaart goed, hoewel de IMX183 opnieuw helderder lijkt dan de AR2020.
De AR2020 behoudt meer toongradaties, terwijl de IMX183 neigt naar lichtere middentonen.
- Lage belichting + Gelijke digitale verschuiving:
Wanneer beide camera's zijn ingesteld op dezelfde digitale verschuiving (verschuiving 2) bij lage belichting en maximale versterking, worden hun helderheidsniveaus vrijwel gelijk. Ruis blijft onder deze omstandigheden bij beide sensoren merkbaar.
Uitbreiden van het versterkingsbereik: het benutten van het verwijderen van parameterlimieten voor maximale gevoeligheid
Camera-parameters hebben doorgaans fabrieksmatig vastgestelde limieten om optimale prestaties en hoge beeldkwaliteit te waarborgen. Voor specifieke applicaties kan het echter nodig zijn deze bereiken uit te breiden. De functie "Remove Parameter Limits" maakt het mogelijk het instelbereik van bepaalde parameters buiten de fabrieksinstellingen te vergroten.
Wanneer deze functie wordt toegepast, wordt de maximaal toegestane gain als volgt uitgebreid:
- MER2-2000-19U3M: van 0 dB tot 27 dB
- MER2-2002-20U3M: van 0 dB tot 50,6 dB
Om overbelichting bij zeer hoge gain (50,6 dB) te voorkomen, wordt de belichtingstijd van de MER2-2002-20U3M verlaagd van 10 ms naar 0,5 ms
Bij deze zeer hoge versterkingsniveaus wordt ruis een kritische factor die de beeldkwaliteit beïnvloedt. Beelden die zijn vastgelegd met 50,6 dB gain op de OnSemi AR2020 vertonen zichtbaar korrel en ruis, die blijven bestaan, zelfs wanneer andere instellingen worden ingesteld.
Bij het vergelijken van beelden tussen de Sony IMX183 en AR2020 bij deze extreme gainwaarden, lijken beide enigszins op elkaar; echter, de IMX183 levert over het algemeen een schoner en helderder beeld.
In het laatste testschema werden beide sensoren tot hun maximale versterking, digitale shift en belichtingsinstellingen geduwd. Onder deze omstandigheden vertonen de IMX183-beelden ernstige overbelichting, wat leidt tot een aanzienlijk verlies van details in de hooglichten en heldere gebieden.
Daarentegen, hoewel de AR2020-beelden een lager belichtingsniveau hebben, tonen ze nog steeds details in de donkere delen van de testkaart.
Dit benadrukt het belang van het balanceren van instellingen: het verwijderen van sensorlimieten maakt het mogelijk de gevoeligheid te vergroten, maar verhoogt ook de ruis en kan de beeldkwaliteit verslechteren.
Voor de AR2020 resulteert dit in merkbare ruis bij extreme versterking, en de IMX183 lijdt onder volledig detailverlies door overbelichting.
Conclusies over de lichtgevoeligheid van IMX183 versus AR2020
Ter vergelijking biedt de Sony IMX183-sensor voordelen zoals een grotere pixelgrootte (2,4 µm vs. 1,4 µm) en een iets hogere signaal-ruisverhouding (42,08 dB vs. 39,41 dB), wat resulteert in een betere lichtgevoeligheid per pixel en schonere beelden. De Onsemi AR2020 biedt daarentegen een veel hogere maximaal instelbare gain, wat hem flexibeler maakt in extreme low-light omstandigheden waar signaalversterking vereist is, zelfs als er extra ruis wordt geïntroduceerd.
Over het algemeen tonen beide sensoren sterke prestaties met slechts marginale verschillen in beeldkwaliteit onder standaardomstandigheden. De IMX183 kan iets helderdere en schonere resultaten leveren dankzij het voordeel in pixelgrootte en SNR, terwijl de AR2020 uitblinkt wanneer hogere gain-instellingen essentieel zijn. De optimale keuze hangt uiteindelijk af van de exacte vereisten van uw low-light imaging Applicatie.
Wilt u meer weten over deze camera's of ons volledige assortiment imaging-oplossingen verkennen? Vul het onderstaande formulier in en een van onze specialisten neemt zo snel mogelijk contact met u op. Wij staan klaar om u te helpen de beste oplossing voor uw imaging-behoeften te vinden.
