Jak fungují endoskopické kamery při slabém osvětlení?

Úvod
Endoskopické kamery často pracují v temných, těsných prostorách – uvnitř potrubí, válců motoru nebo lidského těla. Dobrý výkon při slabém osvětlení je nezbytný. Pokud fotoaparát nevidí dobře za šera, obraz je zašuměný, tmavý nebo rozmazaný, takže je těžké odhalit vady nebo problémy s tkání. Tento článek vysvětluje, jak návrhy modulů endoskopických kamer zvládají špatné osvětlení, co omezuje jejich schopnost při slabém osvětlení a jak vybrat ten správný modul HD endoskopické kamery pro vaše potřeby.

Proč je slabé osvětlení náročné
Na rozdíl od smartphonu, který může používat jasný blesk, má modul endoskopické kamery velmi málo místa pro LED diody. Osvětlení obvykle pochází z několika malých LED diod kolem objektivu. Kamera musí pracovat s velmi malým množstvím odraženého světla. Při slabém osvětlení se objevují dva problémy:

• Tmavý obraz – k senzoru nedosáhne dostatek fotonů.

• Šum – snímač zesiluje signál, čímž se také zesiluje náhodný elektronický šum, což způsobuje zrnitý obraz.

Výrobci používají několik technik ke zlepšení výkonu při slabém osvětlení .

1. Vyberte si citlivý snímač CMOS
Většina moderních dalekohledů používá modul endoskopické kamery CMOS . Snímače CMOS jsou přirozeně citlivější než starší CCD při stejném výkonu. Technologie Back-illuminated (BSI) umísťuje kabeláž za pixely, což umožňuje, aby na citlivou oblast dopadalo více světla. s Modul endoskopické kamery CMOS BSI může být o 30–50 % citlivější při slabém osvětlení než snímač bez BSI stejné velikosti pixelů.

Například Sony IMX290 je oblíbený v lékařských a průmyslových oborech díky svému vynikajícímu výkonu při slabém osvětlení díky BSI.

2. Zvětšete velikost pixelu (nebo použijte větší snímač)
Větší pixely shromažďují více světla. 2,0 µm pixel zachytí čtyřikrát více fotonů než 1,0 µm pixel. V daném modulu kamery endoskopu je velikost senzoru omezena průměrem hrotu. Velmi tenké dalekohledy (pod 3 mm) musí používat malé snímače (např. 1/9″) s malými pixely, takže bojují při slabém osvětlení . Modul HD endoskopické kamery (1080p) se snímačem 1/4″ nebo 1/3″ má větší pixely a mnohem lepší výkon při slabém osvětlení.

3. Používejte vysoce kvalitní optiku
Objektiv s větší clonou (menší clonové číslo) umožňuje, aby se k snímači dostalo více světla. Objektiv se světelností f/2,0 propustí dvakrát více světla než f/2,8. U flexibilního modulu kamery endoskopu je čočka často limitujícím faktorem – musí být malá a levná. Špičkové dalekohledy používají víceprvkové skleněné čočky s f/1,8 až f/2,4 pro zlepšení zachycení při slabém osvětlení .

4. Optimalizace osvětlení LED
Vestavěné LED jsou hlavním zdrojem světla. Chcete-li zlepšit při slabém osvětlení : zobrazování

• Použijte LED s vyšším světelným výkonem na watt.

• LED diody umístěte co nejblíže k objektivu.

• Pulsujte LED diody synchronizované s expozicí snímače (globální snímače závěrky to umožňují bez blikání).

Některé návrhy modulů flexibilních endoskopických kamer používají světlovody z optických vláken namísto LED, které se připojují k externímu zdroji světla s vysokou intenzitou – běžnému u lékařských laparoskopů.

5. Použijte digitální redukci šumu
I při dobrém hardwaru zůstává určitý šum. ISP (procesor obrazového signálu) fotoaparátu aplikuje prostorovou a časovou redukci šumu. Prostorová redukce šumu vyhlazuje aktuální snímek; temporal NR zprůměruje několik snímků. Oba snižují zrnitost, ale mohou také rozostřit jemné detaily. Dobrý modul HD endoskopické kamery vyvažuje redukci šumu a zachování detailů.

6. Nižší snímková frekvence pro prodloužení doby expozice
Ve velmi tmavých scénách může fotoaparát prodloužit dobu expozice. Například pokles z 30 snímků za sekundu (33 ms na snímek) na 15 snímků za sekundu (66 ms na snímek) zdvojnásobí nasbírané světlo. Kompromisem je trhanější video – přijatelné pro stacionární kontrolu, ale ne pro rychlý pohyb.

Výkon při slabém osvětlení podle typu endoskopu

Praktické tipy pro lepší endoskopii při slabém osvětlení

• Přidejte vnější osvětlení – Pokud je to možné, použijte samostatný zdroj světla (optické vlákno nebo jasný LED kroužek).

• Vyberte snímač BSI – Zeptejte se, zda modul endoskopické kamery CMOS používá technologii BSI.

• Snížení snímkové frekvence – Mnoho softwarových nástrojů umožňuje snížit snímky za sekundu a prodloužit dobu expozice.

• Vyčistěte čočku – Prach nebo vlhkost snižují propustnost světla.

• Zvýšení jasu LED – Některé endoskopy mají nastavitelný proud LED; nastavte na maximum.

Moduly endoskopických kamer Sincere pro nízké osvětlení
Ve společnosti Sincere navrhujeme produkty modulů endoskopických kamer s nízkou hladinou osvětlení jako klíčovou metrikou:

• Modul endoskopické kamery Cmos – BSI senzory pro vysokou citlivost.

• Modul HD endoskopické kamery – 1080p s 1/3″ velkými pixelovými snímači.

• Modul flexibilní endoskopické kamery – Možnosti s porty světlovodu z optických vláken.

Shrnutí Výkon
při slabém osvětlení v modulu endoskopické kamery závisí na citlivosti snímače (BSI CMOS), velikosti pixelu (formát snímače), cloně objektivu, osvětlení LED a redukci šumu. Modul HD endoskopické kamery s 1/3″ BSI senzorem poskytuje vynikající výsledky pro většinu kontrol. Pro velmi stísněné prostory bude mít flexibilní modul endoskopické kamery s malým senzorem horší schopnost slabého osvětlení – možná budete potřebovat externí osvětlení. Pochopení těchto faktorů vám pomůže vybrat správný modul endoskopické kamery CMOS pro temná a náročná prostředí.