Lysfølsomhet: Sony IMX183 vs Onsemi AR2020
Lysfølsomhet er en kritisk parameter ved valg av industrielle kameraer for bildebehandlingsapplikasjoner i svakt lys. Denne artikkelen presenterer en sammenlignende evaluering av to sensorer: Sony IMX183 og Onsemi AR2020, implementert i henholdsvis kameraene MER2-2000-19U3M og MER2-2002-20U3M.
Ved å analysere tester utført ved å justere gain, varierte eksponeringstider og digital signalforsterkning, fremhever denne studien lysfølsomhetsytelsen til de to sensorene under krevende lysforhold. Siden begge kameraene var utstyrt med identiske objektiver stilt inn på samme blenderåpning (F2.4) og hadde samsvarende optiske egenskaper, kan resultatene utelukkende baseres på sensorenes iboende ytelse.
| Kameramodell | MER2-2000-19U3M | MER2-2002-20U3M |
|---|---|---|
|
Sensor |
Sony IMX183 Rolling Shutter CMOS |
Onsemi AR2020 Rolling Shutter CMOS |
|
Oppløsning |
5496 x 3672 |
5120 x 3840 |
|
Totalt antall piksler |
20,48 MP |
20 MP |
|
Pikselstørrelse |
2,4 µm |
1,4 µm |
|
Optisk format |
1" |
1/1.8" |
|
Signal-til-støy-forhold |
42.08 dB |
39.41 dB |
|
Standard forsterkningsområde |
0 dB - 24 dB |
0 dB - 24 dB |
|
Gain (hvis du bruker Fjern parametergrenser) |
0 dB - 27 dB |
0 dB - 50.6 dB |
|
Standard eksponeringstid |
12 us - 1 s |
26 µs - 1 s |
|
Eksponering (ved bruk av Fjern parametergrenser) |
12 µs - 15 s |
26 us - 15 s |
|
Pikselbitdybde |
8-bit, 12-bit |
8-bit, 12-bit |
Påvirkning av gain, eksponering og digital forskyvning på IMX183 vs. AR2020
Forsterkning, eksponering og digital forskyvning er viktige funksjoner som bidrar til et kameras evne til å fange lys og påvirker bildenes lysstyrke og kvalitet, spesielt under varierende lysforhold.
Lysfølsomhetstester IMX183 vs AR2020
Grunnlinjetest av IMX183 vs AR2020
Sett forsterkningen til 0 dB. Dette gir en grunnlinje uten ekstra støy fra forsterkning.
For å fastslå et grunnleggende mål på naturlig lysfølsomhet ble begge kameraene testet med null forsterkning (0 dB). Eksponeringstidene ble gradvis økt fra 40 ms til 50 ms, og digital forskyvning (sensorens interne funksjon for å forsterke den digitale utgangen) ble gradvis anvendt opp til det maksimale som tillates av hver modell.
For å få tilgang til bilderesultatene fra lysfølsomhetstestene, fyll ut skjemaet nedenfor som leder til nedlastingssiden vår.
- Ved 40 ms eksponering uten forsterkning fremstod bildene fra begge sensorene som relativt mørke, med begrenset synlighet av detaljene i testdiagrammet.
- Da eksponeringen ble økt til 50 ms og maksimal digital forskyvning ble brukt, produserte Sony IMX183-sensoren bilder med litt høyere lysstyrke og kontrast sammenlignet med Onsemi AR2020-sensoren under de samme forholdene.
- IMX183-sensoren viser overeksponering ved bruk av aggressiv digital forskyvning og lengre eksponering.
Test av digital forsterkning av IMX183 vs AR2020
I neste fase ble begge sensorene testet ved maksimal analog forsterkning (24 dB) med en fast eksponeringstid på 10 ms.
Når den analoge forsterkningen øker fra 12 dB til 24 dB, viser begge kameraene en tydelig økning i bildelysstyrken ved hvert forsterkningstrinn. Detaljene i testdiagrammet blir gradvis mer synlige i begge kameraene.
- 12 dB forsterkning:
Ved dette lavere forsterkningsnivået produserte begge sensorene relativt mørke bilder, med bare svake detaljer fra testdiagrammet synlige. OnSemi AR2020 virket noe mørkere enn Sony IMX183 på dette stadiet.
- 18 dB forsterkning:
Økning av forsterkningen til 18 dB resulterte i forbedret lysstyrke for begge sensorene, særlig i de lysere områdene av bildene, noe som gjorde detaljene i testdiagrammet mer synlige. Sony IMX183 viste en liten fordel når det gjaldt total lysstyrke. Støy ble imidlertid mer merkbar i de mørkere områdene i begge bildene.
- 24 dB forsterkning (maksimum):
Begge kameraene oppnår sine lyseste bilder med maksimal synlighet av detaljer. IMX183 beholder en marginalt høyere kontrast. Støy og kornethet øker imidlertid betydelig, noe som reduserer klarheten i fine detaljer i begge sensorene.
Digital Shift-test av IMX183 vs AR2020
Her er begge industrielle kameraer satt til standard maksimal gain (24 dB), med variasjon i både eksponeringstid og digital shift-verdi.
- Maksimal gain + innledende digital shift:
Ved 10 ms eksponering med minimal digital shift (shift 1) gir Sony IMX183 høyere lysstyrke og kontrast. Detaljene i testdiagrammet er godt synlige i IMX183-bilder, mens OnSemi AR2020-bildene fremstår som moderat synlige, men mindre lyse.
- Maksimal forsterkning + maksimalt digitalt skift:
Ved samme eksponeringstid, men med maksimalt digitalt skift brukt (skift 4 for IMX183, skift 2 for AR2020), blir IMX183-bildene ekstremt lyse og viser full overeksponering. AR2020 forblir derimot balansert med god detaljgjengivelse og kontrast.
Dette tyder på at selv om IMX183s større utvalg av digitale skift muliggjør mer aggressiv signalforsterkning, medfører det risiko for overeksponering og potensielt tap av dynamisk område. For å motvirke dette kan redusert eksponeringstid bidra til å bevare bildedetaljer.
- Lav eksponering + maksimal digital forskyvning:
Ved svært kort eksponeringstid (3 ms), kombinert med maksimal gain og digital forskyvning, gjengir begge sensorene lysstyrke og detaljer i testdiagrammet godt. IMX183 har imidlertid igjen en tendens til å bli overeksponert sammenlignet med AR2020, som viser tonene bedre. IMX183 forskyves mot lysere mellomtoner.
- Lav eksponering + lik digital forskyvning:
Når begge kameraene er satt til samme digitale forskyvning (forskyvning 2) ved lav eksponering og maksimal gain, blir lysstyrkenivåene deres nesten like. Støy er fortsatt merkbar i begge sensorene under disse forholdene.
Utvidelse av forsterkningsområdet: Bruk av fjerning av parametergrenser for maksimal følsomhet
Kameraparametere har vanligvis fabrikkdefinerte grenser for å sikre optimal ytelse og høy bildekvalitet. For spesifikke applikasjoner kan brukere imidlertid ha behov for å utvide disse områdene. Funksjonen «Fjern parametergrenser» gjør det mulig å utvide det justerbare området for enkelte parametere utover fabrikkinnstillingene.
Når denne funksjonen brukes, utvides maksimal tillatt forsterkning som følger:
- MER2-2000-19U3M: fra 0 dB opptil 27 dB
- MER2-2002-20U3M: fra 0 dB opptil 50.6 dB
For å unngå overeksponering ved svært høy forsterkning (50.6 dB), reduseres eksponeringstid for MER2-2002-20U3M fra 10 ms til 0.5 ms
Ved disse svært høye gain-nivåene blir støy en kritisk faktor som påvirker bildekvaliteten. Bilder tatt med 50,6 dB gain på OnSemi AR2020 viser synlig korn og støy, som vedvarer selv når andre innstillinger justeres.
Når bilder fra Sony IMX183 og AR2020 sammenlignes ved disse ekstreme gain-verdiene, fremstår begge som noe like; IMX183 leverer imidlertid et renere og lysere bilde totalt sett.
I det siste testscenarioet ble begge sensorene satt til maksimal forsterkning, digitalt skift og eksponeringsinnstillinger. Under disse forholdene har IMX183-bildene kraftig overeksponering, noe som fører til betydelig tap av detaljer i høylys og lyse områder.
Derimot har AR2020-bildene et lavere eksponeringsnivå, men de viser fortsatt detaljer i de mørkere områdene av testdiagrammet.
Dette fremhever viktigheten av å balansere innstillingene: å fjerne sensorbegrensninger gjør det mulig å utvide følsomheten, men det øker også støyen og kan forringe bildekvaliteten.
For AR2020 resulterer dette i merkbar støy ved ekstrem gain, og IMX183 lider av fullstendig detaljtap på grunn av overeksponering.
Konklusjoner om lysfølsomheten til IMX183 kontra AR2020
Til sammenligning tilbyr Sony IMX183-sensoren fordeler som en større pikselstørrelse (2.4 µm vs. 1.4 µm) og et noe høyere signal-til-støy-forhold (42.08 dB vs. 39.41 dB), noe som gir bedre lysfølsomhet per piksel og renere bilder. Onsemi AR2020 har imidlertid en betydelig høyere maksimal konfigurerbar forsterkning, noe som kan gjøre den mer fleksibel under ekstreme svaklysforhold der signalforsterkning er nødvendig, selv om dette introduserer ekstra støy.
Samlet sett viser begge sensorene sterke egenskaper med kun marginale forskjeller i bildekvalitet under standardforhold. IMX183 kan gi noe lysere og renere resultater på grunn av fordelen med pikselstørrelse og SNR, mens AR2020 utmerker seg når høyere forsterkningsinnstillinger er avgjørende. Det optimale valget avhenger til syvende og sist av de nøyaktige kravene til din applikasjon for bildebehandling i svakt lys.
Ønsker du å lære mer om disse kameraene eller utforske vårt komplette utvalg av løsninger for bildebehandling? Fyll ut skjemaet nedenfor, så vil en av våre spesialister kontakte deg så snart som mulig. Vi er her for å hjelpe deg med å finne den beste løsningen for dine behov innen bildebehandling.