Πώς λειτουργούν οι κάμερες ενδοσκοπίου σε χαμηλό φωτισμό;

Εισαγωγή
Οι κάμερες ενδοσκοπίου συχνά λειτουργούν σε σκοτεινούς, στενούς χώρους – μέσα σε σωλήνες, κυλίνδρους κινητήρα ή στο ανθρώπινο σώμα. Η καλή απόδοση σε χαμηλό φωτισμό είναι απαραίτητη. Εάν η κάμερα δεν μπορεί να δει καλά σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, η εικόνα γίνεται θορυβώδης, σκοτεινή ή θολή, καθιστώντας δύσκολο τον εντοπισμό ελαττωμάτων ή προβλημάτων ιστού. Αυτό το άρθρο εξηγεί πώς τα σχέδια της μονάδας κάμερας ενδοσκοπίου χειρίζονται τον κακό φωτισμό, τι περιορίζει την ικανότητά τους σε χαμηλό φωτισμό και πώς να επιλέξετε τη σωστή μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου HD για τις ανάγκες σας.

Γιατί ο χαμηλός φωτισμός είναι δύσκολος
Σε αντίθεση με ένα smartphone που μπορεί να χρησιμοποιεί φωτεινό φλας, μια μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου έχει πολύ λίγο χώρο για LED. Ο φωτισμός συνήθως προέρχεται από μερικά μικροσκοπικά LED γύρω από τον φακό. Η κάμερα πρέπει να λειτουργεί με πολύ λίγο ανακλώμενο φως. Σε χαμηλό φωτισμό, εμφανίζονται δύο προβλήματα:

• Σκοτεινή εικόνα – δεν φτάνουν αρκετά φωτόνια στον αισθητήρα.

• Θόρυβος – ο αισθητήρας ενισχύει το σήμα, το οποίο επίσης ενισχύει τον τυχαίο ηλεκτρονικό θόρυβο, προκαλώντας μια κοκκώδη εικόνα.

Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν διάφορες τεχνικές για τη βελτίωση της απόδοσης σε χαμηλό φωτισμό .

1. Επιλέξτε έναν ευαίσθητο αισθητήρα CMOS
Τα περισσότερα σύγχρονα σκοπευτήρια χρησιμοποιούν μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου cmos . Οι αισθητήρες CMOS είναι φυσικά πιο ευαίσθητοι από τους παλαιότερους CCD με την ίδια ισχύ. Η τεχνολογία οπίσθιου φωτισμού (BSI) τοποθετεί την καλωδίωση πίσω από τα pixel, επιτρέποντας περισσότερο φως να χτυπήσει την ευαίσθητη περιοχή. Μια μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου cmos με BSI μπορεί να είναι 30–50% πιο ευαίσθητη σε χαμηλό φωτισμό από έναν αισθητήρα που δεν είναι BSI ίδιου μεγέθους pixel.

Για παράδειγμα, το Sony IMX290 είναι δημοφιλές στον ιατρικό και βιομηχανικό τομέα λόγω της εξαιρετικής του απόδοσης σε χαμηλό φωτισμό χάρη στο BSI.

2. Αυξήστε το μέγεθος εικονοστοιχείων (ή χρησιμοποιήστε έναν μεγαλύτερο αισθητήρα)
Τα μεγαλύτερα εικονοστοιχεία συλλέγουν περισσότερο φως. Ένα εικονοστοιχείο 2,0 μm συλλαμβάνει τέσσερις φορές περισσότερα φωτόνια από ένα εικονοστοιχείο 1,0 μm. Σε μια δεδομένη μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου , το μέγεθος του αισθητήρα περιορίζεται από τη διάμετρο του άκρου. Τα πολύ λεπτά πεδία (κάτω από 3 mm) πρέπει να χρησιμοποιούν μικροσκοπικούς αισθητήρες (π.χ. 1/9″) με μικρά pixel, ώστε να δυσκολεύονται σε χαμηλό φωτισμό . Μια μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου HD (1080p) με αισθητήρα 1/4″ ή 1/3″ έχει μεγαλύτερα pixel και πολύ καλύτερη απόδοση σε χαμηλό φωτισμό.

3. Χρησιμοποιήστε οπτικά υψηλής ποιότητας
Ένας φακός με μεγαλύτερο διάφραγμα (μικρότερος αριθμός f) αφήνει περισσότερο φως να φτάσει στον αισθητήρα. Ένας φακός f/2.0 εκπέμπει διπλάσιο φως από το f/2.8. Σε μια εύκαμπτη μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου , ο φακός είναι συχνά ο περιοριστικός παράγοντας – πρέπει να είναι μικρός και φθηνός. Τα σκοπευτικά προηγμένης τεχνολογίας χρησιμοποιούν γυάλινους φακούς πολλαπλών στοιχείων με f/1,8 έως f/2,4 για τη βελτίωση της λήψης χαμηλού φωτισμού .

4. Βελτιστοποίηση φωτισμού LED
Τα ενσωματωμένα LED είναι η κύρια πηγή φωτός. Για να βελτιώσετε την απεικόνιση σε χαμηλό φωτισμό :

• Χρησιμοποιήστε LED με υψηλότερη απόδοση φωτός ανά watt.

• Τοποθετήστε τα LED όσο το δυνατόν πιο κοντά στο φακό.

• Παλεύστε τα LED συγχρονισμένα με την έκθεση του αισθητήρα (οι σφαιρικοί αισθητήρες κλείστρου το επιτρέπουν χωρίς τρεμόπαιγμα).

Ορισμένα σχέδια μονάδας εύκαμπτης κάμερας ενδοσκοπίου χρησιμοποιούν οδηγούς φωτός οπτικών ινών αντί για LED, που συνδέονται με μια εξωτερική πηγή φωτός υψηλής έντασης – συνηθισμένη στα ιατρικά λαπαροσκόπια.

5. Εφαρμόστε τη μείωση του ψηφιακού θορύβου
Ακόμα και με καλό υλικό, παραμένει κάποιος θόρυβος. Ο ISP (επεξεργαστής σήματος εικόνας) της κάμερας εφαρμόζει χωρική και χρονική μείωση θορύβου. Το Spatial NR εξομαλύνει το τρέχον πλαίσιο. Το προσωρινό NR υπολογίζει κατά μέσο όρο πολλά καρέ. Και τα δύο μειώνουν τους κόκκους αλλά μπορούν επίσης να θολώσουν τις λεπτές λεπτομέρειες. Μια καλή μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου HD εξισορροπεί τη μείωση του θορύβου και τη διατήρηση των λεπτομερειών.

6. Χαμηλότερος ρυθμός καρέ για αύξηση του χρόνου έκθεσης
Σε πολύ σκοτεινές σκηνές, η κάμερα μπορεί να αυξήσει τον χρόνο έκθεσης. Για παράδειγμα, η πτώση από τα 30 fps (33 ms ανά καρέ) στα 15 fps (66 ms ανά καρέ) διπλασιάζει το φως που συλλέγεται. Η αντιστάθμιση είναι βίντεο με μεγαλύτερη κοπή - αποδεκτό για σταθερή επιθεώρηση αλλά όχι για γρήγορη κίνηση.

Απόδοση χαμηλού φωτισμού ανά τύπο ενδοσκοπίου

Πρακτικές συμβουλές για καλύτερη ενδοσκόπηση χαμηλού φωτισμού

• Προσθήκη εξωτερικού φωτισμού – Χρησιμοποιήστε μια ξεχωριστή πηγή φωτός (οπτική ίνα ή φωτεινό δακτύλιο LED) εάν είναι δυνατόν.

• Επιλέξτε έναν αισθητήρα BSI – Ρωτήστε εάν η μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου cmos χρησιμοποιεί τεχνολογία BSI.

• Μειώστε τον ρυθμό καρέ – Πολλά εργαλεία λογισμικού σάς επιτρέπουν να μειώσετε τα fps, αυξάνοντας τον χρόνο έκθεσης.

• Καθαρίστε το φακό – Η σκόνη ή η υγρασία μειώνουν τη μετάδοση του φωτός.

• Αύξηση φωτεινότητας LED – Ορισμένα ενδοσκόπια έχουν ρυθμιζόμενο ρεύμα LED. ρυθμίστε το στο μέγιστο.

Οι μονάδες κάμερας ενδοσκοπίου χαμηλού φωτισμού της Sincere
Στη Sincere, σχεδιάζουμε προϊόντα μονάδας κάμερας ενδοσκοπίου με χαμηλό φωτισμό ως βασική μέτρηση:

• Μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου Cmos – αισθητήρες BSI για υψηλή ευαισθησία.

• Μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου HD – 1080p με αισθητήρες μεγάλων pixel 1/3″.

• Ευέλικτη μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου – Επιλογές με θύρες οδηγού φωτός οπτικών ινών.

Περίληψη Η απόδοση
χαμηλού φωτισμού σε μια μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου εξαρτάται από την ευαισθησία του αισθητήρα (BSI CMOS), το μέγεθος pixel (μορφή αισθητήρα), το διάφραγμα του φακού, τον φωτισμό LED και τη μείωση θορύβου. Μια μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου HD με αισθητήρα BSI 1/3' δίνει εξαιρετικά αποτελέσματα για τις περισσότερες επιθεωρήσεις. Για πολύ στενούς χώρους, μια εύκαμπτη μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου με μικροσκοπικό αισθητήρα θα έχει μικρότερη ικανότητα χαμηλού φωτισμού – μπορεί να χρειαστείτε εξωτερικό φωτισμό. Η κατανόηση αυτών των παραγόντων σάς βοηθά να επιλέξετε τη σωστή μονάδα κάμερας ενδοσκοπίου cmos για σκοτεινά, απαιτητικά περιβάλλοντα.