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 toegepast in de MER2-2000-19U3M en MER2-2002-20U3M camera's, respectievelijk.
Door het analyseren van tests waarbij de gain, verschillende belichtingstijden en digitale signaalversterking zijn aangepast, 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
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 maat 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 leverden beide sensoren relatief donkere beelden op met beperkte zichtbaarheid van de testkaart.
- Door de belichtingstijd te verhogen naar 50 ms en maximale digitale verschuiving toe te passen, leverde de Onsemi AR2020-sensor aanzienlijk helderdere en contrastrijkere beelden op dan de Sony IMX183-sensor onder identieke testomstandigheden.
- De IMX183-sensor vereiste agressievere digitale verschuiving en een langere belichtingstijd om een vergelijkbare beeldhelderheid te bereiken, wat wijst op een relatief lagere basissensitiviteit.
Deze eerste test toonde het voordeel van de AR2020 aan bij het effectiever detecteren van lagere lichtniveaus.
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:
Beide sensoren produceren donkere beelden waarbij slechts vage details van de testkaart zichtbaar zijn. De AR2020 biedt een iets gelijkmatigere helderheid; de IMX183 lijkt over het algemeen donkerder.
- 18 dB Versterking:
De helderheid verbetert aanzienlijk voor beide camera's, waardoor de testkaart beter zichtbaar wordt. De AR2020 behoudt een klein voordeel in helderheid en contrast. Ruis wordt duidelijker zichtbaar, vooral in donkere gebieden.
- 24 dB Versterking (Maximum):
Beide camera's bereiken hun helderste beelden met maximale detailzichtbaarheid. De AR2020 behoudt een iets hoger contrast. Echter, ruis en korreligheid nemen aanzienlijk toe, vooral in de achtergrond en in gebieden met weinig contrast, 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 worden gevarieerd.
- Maximale versterking + initiële digitale shift:
Bij een belichting van 10 ms en minimale digitale shift (shift 1) tonen beide camera's een vergelijkbare helderheid en contrast, waarbij de testkaart matig zichtbaar is.
Er is bij deze instelling geen duidelijk voordeel voor een van beide sensoren.
- Maximale gain + maximale digitale shift:
Bij 10 ms belichting en maximale digitale shift (shift 4 voor IMX183, shift 2 voor AR2020) wordt het beeld van de IMX183-sensor extreem helder, bijna overbelicht, terwijl de AR2020-sensor goed in balans blijft met veel detail en contrast.
Dit suggereert dat het bredere bereik van digitale shift dat beschikbaar is in de IMX183-sensor het beeldsignaal agressiever kan versterken, maar mogelijk ten koste van het dynamisch bereik en met risico op overbelichting.
Aangezien het beeld overbelicht lijkt bij maximale gain- en digitale shift-instellingen, kan het verkorten van de belichtingstijd helpen om meer details 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 shift:
Wanneer beide camera's zijn ingesteld op dezelfde digitale shift (shift 2), bij zeer lage belichting en maximale versterking, worden hun helderheidsniveaus vergelijkbaar, maar behoudt de AR2020 over het algemeen het detail en het contrast iets beter.
Deze vergelijking laat zien dat hoewel de IMX183-sensor meer digitale versterking mogelijk maakt, de AR2020 een betere balans behoudt tussen helderheid en detail, waardoor deze effectiever is in het behouden van de beeldkwaliteit onder agressieve digitale shift-omstandigheden.
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 uitgebreide gain-niveaus wordt ruis een kritische factor. Beelden vastgelegd met 50,6 dB gain op de AR2020 vertonen korreligheid en ruis, die blijven bestaan, zelfs wanneer andere parameters worden ingesteld.
Daarentegen levert de IMX183 een schoner maar duidelijk donkerder beeld op, zonder de helderheidsverhoging ondanks het uitgebreide gain-bereik.
In het laatste testschema, waarin beide sensoren werken met maximale versterking, digitale shift en belichtingsparameters, raken beelden ernstig overbelicht met verlies van details in de hooglichten en heldere gebieden.
Het balanceren van deze parameters is essentieel: hoewel het verwijderen van limieten het mogelijk maakt de gevoeligheid verder op te voeren, verergert dit ook de ruis en mogelijke beelddegradatie, vooral bij de AR2020-sensor bij zeer hoge versterkingen.
Conclusies over de lichtgevoeligheid van IMX183 versus AR2020
De Onsemi AR2020-sensor vertoont over het algemeen een hogere lichtgevoeligheid dan de Sony IMX183. Hij levert helderdere, scherpere beelden met sterkere contrasten en behoudt meer details bij weinig licht. Hoewel hij gain en digitale shift effectief verwerkt, neemt de beeldruis aanzienlijk toe bij extreme instellingen.
Daarentegen vereist de IMX183 een langere belichtingstijd of een agressievere digitale shift om een vergelijkbare helderheid te bereiken, maar produceert hij schonere beelden met minder ruis. Echter, hij is gevoeliger voor overbelichting en verlies van details in de hoge lichten wanneer hij te ver wordt doorgedrukt.
Samengevat bieden zowel de IMX183-sensor als de Onsemi AR2020 duidelijke voordelen. De beste keuze hangt af van uw specifieke imaging-behoeften bij weinig licht.
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.
