Sensibilidade à Luz: Sony IMX183 vs Onsemi AR2020
Gaspar van Elmbt
A sensibilidade à luz é um parâmetro crítico na seleção de câmaras industriais para aplicações de imagem em condições de baixa luminosidade. Este artigo apresenta uma avaliação comparativa de dois sensores: o Sony IMX183 e o Onsemi AR2020, conforme implementados nas câmaras MER2-2000-19U3M e MER2-2002-20U3M, respetivamente.
Ao analisar testes realizados com ajuste de ganho, tempos de exposição variados e amplificação do sinal digital, o estudo revela a sensibilidade à luz dos dois sensores em condições de iluminação desafiantes.
Table of contents
| Modelo de Câmera | MER2-2000-19U3M | MER2-2002-20U3M |
|---|---|---|
|
Sensor |
Sony IMX183 Rolling Shutter CMOS |
Onsemi AR2020 Rolling Shutter CMOS |
|
Resolução |
5496 x 3672 |
5120 x 3840 |
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Total de píxeis |
20.48 MP |
20 MP |
|
Tamanho do pixel |
2.4 um |
1.4 um |
|
Formato Óptico |
1" |
1/1.8" |
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SNR |
42.08 dB |
39.41 dB |
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Intervalo de Ganho Padrão |
0 dB - 24 dB |
0 dB - 24 dB |
|
Ganho (se utilizar Remover Limites de Parâmetros) |
0 dB - 27 dB |
0 dB - 50.6 dB |
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Tempo de Exposição Padrão |
12us - 1s |
26us - 1s |
|
Exposição (se utilizar Remover Limites de Parâmetro) |
12us - 15s |
26us - 15s |
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Profundidade de bits do pixel |
8-bit, 12-bit |
8-bit, 12-bit |
Influência do Ganho, Exposição e Deslocamento Digital no IMX183 vs AR2020
Testes de Sensibilidade à Luz IMX183 vs AR2020
Teste de Referência do IMX183 vs AR2020
Defina o ganho para 0dB. Isto fornece uma linha de base sem ruído adicional proveniente da amplificação.
Para estabelecer uma medida fundamental da sensibilidade nativa à luz, ambas as câmaras foram testadas com ganho zero (0 dB). Os tempos de exposição foram aumentados incrementalmente de 40 ms para 50 ms, e o deslocamento digital (a capacidade interna do sensor para amplificar a saída digital) foi aplicado progressivamente até ao máximo permitido por cada modelo.
- Com uma exposição de 40 ms sem ganho, ambos os sensores produziram imagens relativamente escuras com visibilidade limitada do gráfico.
- Aumentando a exposição para 50 ms e aplicando o desvio digital máximo, o sensor Onsemi AR2020 apresentou imagens significativamente mais brilhantes e com maior contraste do que o sensor Sony IMX183, sob condições de teste idênticas.
- O sensor IMX183 exigiu um ajuste digital mais agressivo e um tempo de exposição mais longo para alcançar um brilho de imagem semelhante, indicando uma sensibilidade de base relativamente inferior.
Este teste inicial demonstrou a vantagem do AR2020 na deteção de níveis de luz mais baixos de forma mais eficaz.
Teste de Ganho Digital do IMX183 vs AR2020
Na fase seguinte, ambos os sensores foram testados com o ganho analógico máximo (24 dB) e um tempo de exposição fixo de 10 ms.
À medida que o ganho analógico aumenta de 12 dB para 24 dB, ambas as câmaras apresentam um aumento claro no brilho da imagem em cada passo de ganho. Os detalhes do gráfico de teste tornam-se gradualmente mais visíveis em ambas as câmaras.
- Ganho de 12 dB:
Ambos os sensores produzem imagens escuras, com apenas alguns detalhes ténues do gráfico visíveis. O AR2020 oferece uma luminosidade ligeiramente mais uniforme; o IMX183 apresenta-se globalmente mais escuro.
- Ganho de 18 dB:
O brilho melhora substancialmente para ambas as câmaras, tornando o gráfico mais visível. A AR2020 mantém uma ligeira vantagem em brilho e contraste. O ruído torna-se mais percetível, especialmente nas áreas escuras.
- 24 dB de ganho (máximo):
Ambas as câmaras atingem as suas imagens mais brilhantes com máxima visibilidade de detalhes. A AR2020 mantém um contraste marginalmente superior. No entanto, o ruído e a granulação aumentam significativamente, especialmente nas áreas de fundo e de baixo contraste, reduzindo a clareza dos detalhes finos em ambos os sensores.
Teste de Deslocamento Digital do IMX183 vs AR2020
Aqui, ambas as câmaras industriais estão configuradas para o seu ganho máximo predefinido (24 dB), variando tanto o tempo de exposição como os valores de deslocamento digital.
- Ganho Máximo + Deslocamento Digital Inicial:
Com uma exposição de 10 ms e deslocamento digital mínimo (deslocamento 1), ambas as câmaras apresentam brilho e contraste semelhantes, com o gráfico de teste moderadamente visível.
Não existe vantagem dominante em nenhum dos sensores nesta configuração.
- Ganho Máximo + Deslocamento Digital Máximo:
Com 10 ms de exposição e deslocamento digital máximo (deslocamento 4 para o IMX183, deslocamento 2 para o AR2020), a imagem do sensor IMX183 torna-se extremamente brilhante, quase sobre-exposta, enquanto o sensor AR2020 permanece bem equilibrado, com bons detalhes e contraste.
Isto sugere que a maior gama de deslocamento digital disponível no sensor IMX183 pode amplificar o sinal da imagem de forma mais agressiva, mas potencialmente à custa do alcance dinâmico e com risco de sobre-exposição.
Como a imagem parece sobre-exposta com as definições máximas de ganho e deslocamento digital, reduzir o tempo de exposição pode ajudar a melhorar a retenção de detalhes.
- Exposição Baixa + Deslocamento Digital Máximo:
Com um tempo de exposição muito baixo (3 ms), ganho máximo e deslocamento digital máximo, ambos os sensores recuperam bem o brilho e os detalhes do gráfico, embora o IMX183 pareça novamente mais brilhante do que o AR2020.
O AR2020 mantém mais gradações tonais, enquanto o IMX183 tende para os meios-tons mais claros.
- Exposição baixa + Deslocamento digital igual:
Quando ambas as câmaras estão configuradas com o mesmo deslocamento digital (shift 2), com exposição muito baixa e ganho máximo, os seus níveis de brilho tornam-se semelhantes, mas o AR2020 geralmente preserva ligeiramente melhor o detalhe e o contraste.
Esta comparação destaca que, embora o sensor IMX183 permita uma maior amplificação digital, o AR2020 mantém um melhor equilíbrio entre brilho e detalhe, tornando-o mais eficaz na preservação da qualidade da imagem sob condições de deslocamento digital agressivo.
Expansão da Gama de Ganho: Utilização da Remoção de Limites de Parâmetros para Sensibilidade Máxima
Os parâmetros da Câmera normalmente têm limites definidos de fábrica para garantir um desempenho ideal e elevada qualidade de imagem. No entanto, para aplicações específicas, os utilizadores podem necessitar de estender estes intervalos. A funcionalidade "Remover Limites de Parâmetros" permite expandir o intervalo ajustável de determinados parâmetros para além dos valores predefinidos de fábrica.
Quando esta funcionalidade é aplicada, o ganho máximo permitido é estendido da seguinte forma:
- MER2-2000-19U3M: de 0 dB até 27 dB
- MER2-2002-20U3M: de 0 dB até 50,6 dB
Para evitar a sobre-exposição em ganhos muito elevados (50,6 dB), o tempo de exposição da Câmera MER2-2002-20U3M é reduzido de 10 ms para 0,5 ms
Nestes níveis de ganho estendidos, o ruído torna-se um fator crítico. As imagens captadas com 50,6 dB de ganho no AR2020 apresentam granulação e ruído, que persistem mesmo quando outros parâmetros são ajustados.
Em contraste, o IMX183 produz uma imagem mais limpa, mas visivelmente mais escura, sem o aumento de brilho apesar da gama de ganho estendida.
No cenário de teste final, onde ambos os sensores operam com ganho, deslocamento digital e parâmetros de exposição máximos, as imagens ficam severamente sobre-expostas, com perda de detalhe nas altas luzes e áreas brilhantes.
O equilíbrio destes parâmetros é essencial: embora remover limites permita aumentar ainda mais a sensibilidade, também agrava o ruído e a potencial degradação da imagem, especialmente no sensor AR2020 em ganhos muito elevados.
Conclusões sobre a sensibilidade à luz do IMX183 vs AR2020
O sensor Onsemi AR2020 demonstra geralmente uma sensibilidade à luz superior à do Sony IMX183. Proporciona imagens mais brilhantes, nítidas e com contrastes mais fortes, mantendo mais detalhes em condições de pouca luz. Embora consiga gerir eficazmente o ganho e o desvio digital, o ruído da imagem aumenta significativamente em definições extremas.
Em contraste, o IMX183 requer um tempo de exposição mais longo ou um desvio digital mais agressivo para alcançar um brilho semelhante, mas produz imagens mais limpas e com menos ruído. No entanto, é mais suscetível à sobre-exposição e à perda de detalhes nas altas luzes quando levado ao limite.
Em resumo, tanto o sensor IMX183 como o Onsemi AR2020 oferecem vantagens distintas. A melhor escolha depende dos seus requisitos específicos de imagem em condições de pouca luz.
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