Miten endoskooppikamerat toimivat hämärässä?

Johdanto
Endoskooppikamerat toimivat usein pimeissä, ahtaissa tiloissa – putkien sisällä, moottorin sylintereissä tai ihmiskehossa. Hyvä suorituskyky hämärässä on välttämätöntä. Jos kamera ei näe hyvin hämärissä olosuhteissa, kuvasta tulee kohinaa, tumma tai epäselvä, jolloin vikojen tai kudosongelmien havaitseminen on vaikeaa. Tässä artikkelissa kerrotaan, kuinka endoskooppikameramoduulit käsittelevät huonoa valaistusta, mikä rajoittaa niiden kykyä hämärässä ja kuinka valitset HD-endoskooppikameramoduulin . tarpeisiisi sopivan

Miksi hämärä on haastavaa
Toisin kuin älypuhelimessa, joka voi käyttää kirkasta salamaa, endoskooppikameramoduulissa on hyvin vähän tilaa LEDeille. Valaistus tulee yleensä muutamasta pienestä LEDistä objektiivin ympärillä. Kameran tulee toimia hyvin vähän heijastuvalla valolla. Hämärässä ilmenee kaksi ongelmaa:

• Tumma kuva – tarpeeksi fotoneja ei saavuta sensoria.

• Kohina – anturi vahvistaa signaalia, joka vahvistaa myös satunnaista elektronista kohinaa aiheuttaen rakeisen kuvan.

Valmistajat käyttävät useita tekniikoita parantaakseen suorituskykyä heikossa valaistuksessa .

1. Valitse herkkä CMOS-anturi
Useimmat nykyaikaiset kaukoput käyttävät CMOS-endoskooppikameramoduulia . CMOS-anturit ovat luonnollisesti herkempiä kuin vanhemmat CCD:t samalla teholla. Back-illuminated (BSI) -tekniikka sijoittaa johdot pikselien taakse, jolloin herkälle alueelle pääsee enemmän valoa. Cmos -endoskooppikameramoduuli, jossa on BSI, voi olla 30–50 % herkempi hämärässä kuin saman pikselikokoinen ei-BSI-anturi.

Esimerkiksi Sony IMX290 on suosittu lääketieteen ja teollisuuden piirissä, koska se toimii erinomaisesti hämärässä BSI:n ansiosta.

2. Suurenna pikselien kokoa (tai käytä suurempaa anturia)
Suuremmat pikselit keräävät enemmän valoa. 2,0 µm:n pikseli vangitsee neljä kertaa enemmän fotoneja kuin 1,0 µm:n pikseli. Tietyssä endoskooppikameramoduulissa anturin kokoa rajoittaa kärjen halkaisija. Erittäin ohuissa (alle 3 mm) tähtäimissä on käytettävä pieniä antureita (esim. 1/9″), joissa on pieniä pikseleitä, jotta ne eivät toimi hämärässä . HD -endoskooppikameramoduulissa (1080p), jossa on 1/4' tai 1/3'-anturi, on suurempi pikselit ja paljon parempi suorituskyky hämärässä.

3. Käytä korkealaatuista optiikkaa
Suuremmalla aukolla (pienempi f-luku) varustettu objektiivi päästää enemmän valoa tunnistimeen. F/2.0-objektiivi läpäisee kaksi kertaa enemmän valoa kuin f/2.8. Joustavassa endoskooppikameramoduulissa linssi on usein rajoittava tekijä – sen on oltava pieni ja halpa. Huippuluokan kiikaritähtäimet käyttävät monielementtisiä lasilinssejä f/1,8–f/2,4 parantaakseen hämärässä kaappaamista.

4. Optimoi LED-valaistus
Sisäänrakennetut LEDit ovat tärkein valonlähde. Voit parantaa kuvantamista hämärässä :

• Käytä LEDejä, joiden valoteho wattia kohden on suurempi.

• Aseta LEDit mahdollisimman lähelle linssiä.

• Pulskaa anturin valotuksen kanssa synkronoituja LED-valoja (globaalit suljinanturit mahdollistavat tämän ilman välkkymistä).

Joissakin joustavissa endoskooppikameramoduuleissa käytetään valokuituvaloohjaimia LEDien sijasta, jotka liitetään ulkoiseen korkean intensiteetin valonlähteeseen – yleistä lääketieteellisissä laparoskoopeissa.

5. Käytä digitaalista kohinanvaimennusta
Jopa hyvällä laitteistolla, jonkin verran kohinaa säilyy. Kameran ISP (kuvasignaaliprosessori) vähentää alueellista ja ajallista kohinaa. Spatiaalinen NR tasoittaa nykyistä kehystä; temporaalinen NR on useiden kehysten keskiarvo. Molemmat vähentävät rakeisuutta, mutta voivat myös hämärtää hienoja yksityiskohtia. Hyvä HD-endoskooppikameramoduuli tasapainottaa melun vähentämistä ja yksityiskohtien säilymistä.

6. Pienennä kuvataajuutta valotusajan pidentämiseksi
Hyvin tummissa kohtauksissa kamera voi pidentää valotusaikaa. Esimerkiksi nopeuden pudottaminen 30 fps:stä (33 ms/kehys) 15 fps:iin (66 ms/kehys) kaksinkertaistaa kerätyn valon. Kompromissi on katkoisempi video – hyväksyttävä paikallaan oleviin tarkastuksiin, mutta ei nopeaan liikkumiseen.

Suorituskyky heikossa valossa endoskooppityypin mukaan

Käytännön vinkkejä parempaan hämärässä endoskopiaan

• Lisää ulkoinen valaistus – Käytä mahdollisuuksien mukaan erillistä valonlähdettä (valokuitu tai kirkas LED-rengas).

• Valitse BSI-anturi – Kysy, käyttääkö CMOS-endoskooppikameramoduuli BSI-tekniikkaa.

• Pienennä kuvataajuutta – Monilla ohjelmistotyökaluilla voit pienentää fps:ää, mikä lisää valotusaikaa.

• Puhdista linssi – Pöly tai kosteus heikentää valonläpäisyä.

• Lisää LEDin kirkkautta – Joissakin endoskoopeissa on säädettävä LED-virta; aseta se maksimiin.

Sinceren hämärässä valaistuksessa käytettävät endoskooppikameramoduulit Sincere
suunnittelee endoskooppikameramoduulituotteita, joiden heikko valo : tärkeimpänä mittarina on

• Cmos-endoskooppikameramoduuli – BSI-anturit korkeaan herkkyyteen.

• HD-endoskooppikameramoduuli – 1080p ja 1/3 tuuman suuren pikselin anturit.

• Joustava endoskooppikameramoduuli – Lisävarusteet kuituoptisilla valonohjainportilla.

Yhteenveto
heikossa valossa suorituskyky Endoskooppikameramoduulin riippuu anturin herkkyydestä (BSI CMOS), pikselikoosta (anturin muoto), linssin aukosta, LED-valaistuksesta ja kohinanpoistosta. HD -endoskooppikameramoduuli, jossa on 1/3' BSI-anturi, antaa erinomaiset tulokset useimmissa tarkastuksissa. Erittäin ahtaissa tiloissa joustava endoskooppikameramoduuli, jossa on pieni anturi, on heikompi hämärässä – saatat tarvita ulkoista valaistusta. Näiden tekijöiden ymmärtäminen auttaa sinua valitsemaan oikean CMOS-endoskooppikameramoduulin tummiin ja vaativiin ympäristöihin.