Czułość na światło: Sony IMX183 vs Onsemi AR2020

Czułość na światło jest kluczowym parametrem przy wyborze kamer przemysłowych do zastosowań obrazowania w warunkach słabego oświetlenia. W niniejszym artykule przedstawiono porównawczą ocenę dwóch sensorów: Sony IMX183 i Onsemi AR2020, zastosowanych odpowiednio w kamerach MER2-2000-19U3M i MER2-2002-20U3M. 

Analizując testy przeprowadzone przy regulacji wzmocnienia, różnych czasach ekspozycji i cyfrowym wzmacnianiu sygnału, w niniejszym badaniu podkreślono wydajność czułości na światło obu sensorów w wymagających warunkach oświetleniowych. Ponieważ obie kamery wyposażono w identyczne obiektywy ustawione na tę samą przysłonę (F2.4) i o dopasowanych właściwościach optycznych, wyniki można opierać wyłącznie na wewnętrznej wydajności sensorów.

Czułość na światło: Sony IMX183 vs Onsemi AR2020

Model kamery MER2-2000-19U3M MER2-2002-20U3M

Czujnik

Sony IMX183 Krocząca Migawka CMOS

Onsemi AR2020 Krocząca Migawka CMOS

Rozdzielczość

5496 x 3672

5120 x 3840

Łączna liczba pikseli

20,48 MP

20 MP

Rozmiar piksela

2,4 um

1,4 µm

Format optyczny

1"

1/1.8"

SNR

42.08 dB

39.41 dB

Standardowy zakres wzmocnienia

0 dB - 24 dB

0 dB - 24 dB

Wzmocnienie (w przypadku użycia opcji Usuń ograniczenia parametrów)

0 dB - 27 dB

0 dB - 50.6 dB

Standardowy czas ekspozycji

12 µs - 1 s

26us - 1s

Ekspozycja (w przypadku użycia Usuń limity parametrów)

12us - 15s

26 µs - 15 s

Głębia bitowa piksela

8-bitowy, 12-bitowy

8-bitowy, 12-bitowy

Wpływ wzmocnienia, ekspozycji i przesunięcia cyfrowego NA IMX183 W PORÓWNANIU Z AR2020

Wzmocnienie, ekspozycja i przesunięcie cyfrowe to kluczowe funkcje, które wpływają na zdolność kamery do rejestrowania światła oraz na jasność i jakość obrazów, szczególnie w zmiennych warunkach oświetleniowych.

Kamera wykorzystuje wzmocnienie do regulacji ogólnej jasności obrazu.

Zwiększając sygnał z czujnika, wzmocnienie bezpośrednio zwiększa czułość kamery na światło, sprawiając, że obiekty wydają się jaśniejsze nawet w warunkach słabego oświetlenia. Istotną wadą jest jednak to, że zwiększenie wzmocnienia również wzmacnia szum obrazu.

Ekspozycja odnosi się do czasu, przez który sensor kamery zbiera światło.

Kontrolując czas, przez który sensor jest aktywny, ekspozycja bezpośrednio wpływa na ilość zgromadzonego światła. Dłuższe czasy ekspozycji pozwalają większej liczbie fotonów dotrzeć do sensora, co skutkuje jaśniejszym obrazem, co ma kluczowe znaczenie dla rejestrowania szczegółów w warunkach słabego oświetlenia.

Przesunięcie cyfrowe to funkcja, która mnoży wartości pikseli obrazów przez 2^n, gdzie n jest współczynnikiem przesunięcia cyfrowego. Osiąga się to przez wykonanie logicznego przesunięcia w lewo o n dla wszystkich wartości pikseli. Na przykład współczynnik przesunięcia równy 1 mnoży przez 2, a współczynnik równy 2 mnoży przez 4

Przesunięcie cyfrowe zwiększa postrzeganą jasność obrazu. Może to być szczególnie przydatne do poprawy widoczności ciemniejszych obszarów lub do kompensacji w warunkach słabego oświetlenia, gdy inne metody, takie jak wzmocnienie lub ekspozycja, mogą być ograniczone. Jeśli kamera nie obsługuje przesunięcia cyfrowego, podobne zwiększenie jasności można często uzyskać za pomocą funkcji Wzmocnienie.

Testy czułości na światło IMX183 vs AR2020

Test bazowy IMX183 vs AR2020

Ustaw wzmocnienie na 0 dB. Zapewnia to poziom bazowy bez dodatkowego szumu wynikającego ze wzmocnienia.

Aby określić podstawową miarę natywnej czułości na światło, obie kamery przetestowano przy zerowym wzmocnieniu (0 dB). Czasy ekspozycji były stopniowo zwiększane od 40 ms do 50 ms, a przesunięcie cyfrowe (wewnętrzna zdolność sensora do wzmacniania wyjścia cyfrowego) było stopniowo stosowane do maksymalnej wartości dopuszczalnej przez każdy model.

Aby uzyskać dostęp do wyników obrazowych testów czułości na światło, wypełnij poniższy formularz, który prowadzi do naszej strony pobierania.

  • Przy ekspozycji 40 ms bez wzmocnienia obrazy z obu sensorów były stosunkowo ciemne, z ograniczoną widocznością szczegółów tablicy testowej.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200 with no gain
  • Po zwiększeniu czasu ekspozycji do 50 ms i zastosowaniu maksymalnego przesunięcia cyfrowego sensor Sony IMX183 generował nieznacznie jaśniejsze obrazy o wyższym kontraście w porównaniu z sensorem Onsemi AR2020 w tych samych warunkach.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200at 50ms
  • Matryca IMX183 wykazuje prześwietlenie przy zastosowaniu agresywnego przesunięcia cyfrowego i dłuższego czasu ekspozycji.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200

Test wzmocnienia cyfrowego IMX183 vs AR2020

W kolejnej fazie oba sensory zostały przetestowane przy maksymalnym wzmocnieniu analogowym (24 dB) przy stałym czasie ekspozycji wynoszącym 10 ms.

Wraz ze wzrostem wzmocnienia analogowego z 12 dB do 24 dB obie kamery wykazują wyraźny wzrost jasności obrazu na każdym poziomie wzmocnienia. Szczegóły tablicy testowej stopniowo stają się bardziej widoczne w obu kamerach.

  • Wzmocnienie 12 dB:

Przy tym niższym poziomie wzmocnienia oba sensory generowały stosunkowo ciemne obrazy, na których widoczne były jedynie słabe szczegóły tablicy testowej. OnSemi AR2020 wydawał się na tym etapie nieco ciemniejszy niż Sony IMX183.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200 12db gain
  • Wzmocnienie 18 dB:

Zwiększenie wzmocnienia do 18 dB spowodowało poprawę jasności w obu sensorach, szczególnie w jaśniejszych obszarach obrazów, dzięki czemu szczegóły tablicy stały się bardziej widoczne. Sony IMX183 wykazał niewielką przewagę pod względem ogólnej jasności. Jednak szum stał się bardziej zauważalny w ciemniejszych obszarach obu obrazów.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200 18db gain
  • Wzmocnienie 24 dB (maksymalne):

Obie kamery osiągają najjaśniejsze obrazy z maksymalną widocznością szczegółów. IMX183 zachowuje nieznacznie wyższy kontrast. Jednak szum i ziarnistość znacznie wzrastają, zmniejszając wyrazistość drobnych szczegółów w obu sensorach.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200 24db gain (maximum)

Test przesunięcia cyfrowego IMX183 vs AR2020

Tutaj obie kamery przemysłowe są ustawione na domyślne maksymalne wzmocnienie (24 dB), przy zmiennych wartościach czasu ekspozycji i przesunięcia cyfrowego.

  • Maksymalne wzmocnienie + początkowe przesunięcie cyfrowe:

Przy czasie ekspozycji 10 ms i minimalnym przesunięciu cyfrowym (przesunięcie 1), Sony IMX183 zapewnia większą jasność i kontrast. Szczegóły tablicy testowej są dobrze widoczne na obrazach z IMX183, podczas gdy obrazy z OnSemi AR2020 są umiarkowanie widoczne, ale mniej jasne.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200 Maximum gain + initial Digital Shift
  • Maksymalne wzmocnienie + Maksymalne przesunięcie cyfrowe:

Przy tym samym czasie ekspozycji, ale z zastosowanym maksymalnym przesunięciem cyfrowym (przesunięcie 4 dla IMX183, przesunięcie 2 dla AR2020), obrazy z IMX183 stają się niezwykle jasne, wykazując pełne prześwietlenie. Natomiast AR2020 pozostaje zrównoważony, z dobrym poziomem szczegółów i kontrastem.

Sugeruje to, że chociaż szerszy zakres przesunięć cyfrowych IMX183 umożliwia bardziej agresywne wzmacnianie sygnału, wiąże się to z ryzykiem prześwietlenia i potencjalnej utraty zakresu dynamicznego. Aby temu zapobiec, skrócenie czasu ekspozycji może pomóc zachować szczegóły obrazu.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200
  • Niski czas ekspozycji + Maksymalne przesunięcie cyfrowe:

Przy bardzo krótkim czasie ekspozycji (3 ms), w połączeniu z maksymalnym wzmocnieniem i przesunięciem cyfrowym, oba sensory dobrze odzyskują jasność i szczegóły wykresu. Jednak IMX183 ponownie ma tendencję do prześwietlenia w porównaniu z AR2020, który lepiej odwzorowuje tony. IMX183 przesuwa się w kierunku jaśniejszych tonów średnich.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200 - Low exposure and Maximum digital shift
  • Niska ekspozycja + identyczne przesunięcie cyfrowe:

Gdy obie kamery są ustawione na takie samo przesunięcie cyfrowe (przesunięcie 2) przy niskiej ekspozycji i maksymalnym wzmocnieniu, ich poziomy jasności stają się niemal równe. W tych warunkach szum pozostaje zauważalny w obu sensorach.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200 - Low exposure + equal digital shift

Rozszerzanie zakresu wzmocnienia: wykorzystanie usuwania ograniczeń parametrów w celu uzyskania maksymalnej czułości

Parametry Kamera zazwyczaj mają fabrycznie określone limity, aby zapewnić optymalną wydajność i wysoką jakość obrazu. Jednak w przypadku określonych zastosowania użytkownicy mogą potrzebować rozszerzyć te zakresy. Funkcja „Usuń limity parametrów” umożliwia rozszerzenie regulowanego zakresu niektórych parametrów poza ich ustawienia fabryczne.

Po zastosowaniu tej funkcji maksymalne dopuszczalne wzmocnienie zostaje rozszerzone w następujący sposób:

Aby uniknąć prześwietlenia przy bardzo wysokim wzmocnieniu (50.6 dB), czas ekspozycji MER2-2002-20U3M zostaje skrócony z 10 ms do 0.5 ms

Two technical diagrams of camera sensors IMX183 and AR2020 with specifications and gain values.

Przy tych bardzo wysokich poziomach wzmocnienia szum staje się krytycznym czynnikiem wpływającym na jakość obrazu. Obrazy zarejestrowane przy wzmocnieniu 50,6 dB przez OnSemi AR2020 wykazują widoczną ziarnistość i szum, które utrzymują się nawet po dostosowaniu innych ustawień.

Porównując obrazy z Sony IMX183 i AR2020 przy tych ekstremalnych wartościach wzmocnienia, oba wyglądają dość podobnie; jednak IMX183 zapewnia ogólnie czystszy i jaśniejszy obraz.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200

W końcowym scenariuszu testowym oba sensory ustawiono na maksymalne wartości wzmocnienia, przesunięcia cyfrowego i ekspozycji. W tych warunkach obrazy z IMX183 są silnie prześwietlone, co prowadzi do znacznej utraty szczegółów w obszarach świateł i jasnych partiach.

Natomiast obrazy z AR2020, mimo niższego poziomu ekspozycji, nadal ujawniają szczegóły w ciemniejszych obszarach tablicy testowej.

Technical diagram comparing two sensor models, IMX 183 and AR2020, with specifications on gain and exposure time.

Podkreśla to znaczenie zrównoważenia ustawień: usunięcie ograniczeń sensora umożliwia zwiększenie czułości, ale również zwiększa szum i może pogorszyć jakość obrazu.

W przypadku AR2020 skutkuje to zauważalnym szumem przy ekstremalnym wzmocnieniu, a IMX183 cierpi na całkowitą utratę szczegółów z powodu prześwietlenia.

Comparison Sony IMX183 vs AR20200

Wnioski dotyczące czułości na światło IMX183 w porównaniu z AR2020

Dla porównania, sensor Sony IMX183 oferuje zalety, takie jak większy rozmiar piksela (2.4 µm vs. 1.4 µm) oraz nieznacznie wyższy stosunek sygnału do szumu (42.08 dB vs. 39.41 dB), co zapewnia lepszą światłoczułość pojedynczego piksela i czystsze obrazy. Onsemi AR2020 zapewnia jednak znacznie wyższe maksymalne konfigurowalne wzmocnienie, co może zwiększać jego elastyczność w ekstremalnych warunkach słabego oświetlenia, gdy wymagane jest wzmacnianie sygnału, nawet jeśli wprowadzany jest dodatkowy szum.

Ogólnie rzecz biorąc, oba sensory wykazują wysokie możliwości, a różnice w jakości obrazu w standardowych warunkach są jedynie niewielkie. IMX183 może zapewniać nieznacznie jaśniejsze i czystsze rezultaty dzięki przewadze w zakresie rozmiaru piksela i SNR, podczas gdy AR2020 wyróżnia się, gdy niezbędne są wyższe ustawienia wzmocnienia. Optymalny wybór ostatecznie zależy od dokładnych wymagań danego zastosowania obrazowania w słabym oświetleniu.

Chcesz dowiedzieć się więcej o tych kamerach lub zapoznać się z naszą pełną ofertą rozwiązań do obrazowania? Wypełnij poniższy formularz, a jeden z naszych specjalistów skontaktuje się z Tobą tak szybko, jak to możliwe. Pomożemy Ci znaleźć najlepsze rozwiązanie dla Twoich potrzeb w zakresie obrazowania.