כיצד מצלמות אנדוסקופ מתפקדות בתאורה חלשה?

מבוא
מצלמות אנדוסקופ פועלות לעתים קרובות במקומות חשוכים וצרים - בתוך צינורות, צילינדרים של מנוע או גוף האדם. ביצועים טובים בתאורה נמוכה חיוניים. אם המצלמה לא רואה היטב בתנאים עמומים, התמונה הופכת רועשת, כהה או מטושטשת, מה שמקשה על זיהוי פגמים או בעיות רקמות. מאמר זה מסביר כיצד עיצובים של מודול מצלמות אנדוסקופ מטפלים בתאורה לקויה, מה מגביל את יכולתם בתאורה נמוכה וכיצד לבחור את מודול מצלמת האנדוסקופ המתאים לצרכים שלך.

מדוע אור נמוך הוא מאתגר
שלא כמו סמארטפון שיכול להשתמש בפלאש בהיר, במודול מצלמת אנדוסקופ יש מעט מאוד מקום ללדים. תאורה מגיעה בדרך כלל מכמה נוריות LED זעירות סביב העדשה. המצלמה חייבת לעבוד עם מעט מאוד אור מוחזר. בתאורה חלשה מופיעות שתי בעיות:

• תמונה כהה - אין מספיק פוטונים להגיע לחיישן.

• רעש - החיישן מגביר את האות, מה שמגביר גם רעש אלקטרוני אקראי, וגורם לתמונה מגורעת.

היצרנים משתמשים במספר טכניקות לשיפור ביצועי תאורה חלשה .

1. בחר חיישן CMOS רגיש
רוב הסקופים המודרניים משתמשים במודול מצלמת CMOS אנדוסקופ . חיישני CMOS הם באופן טבעי רגישים יותר מ-CCD ישנים באותו הספק. טכנולוגיית תאורה אחורית (BSI) מציבה את החיווט מאחורי הפיקסלים, ומאפשרת ליותר אור לפגוע באזור הרגיש. מודול מצלמת אנדוסקופ cmos עם BSI יכול להיות רגיש יותר ב-30-50% בתאורה חלשה מאשר חיישן שאינו BSI באותו גודל פיקסל.

לדוגמה, Sony IMX290 פופולרי בהיקפים רפואיים ותעשייתיים בגלל הביצועים המצוינים שלו בתאורה נמוכה הודות ל-BSI.

2. הגדל את גודל הפיקסלים (או השתמש בחיישן גדול יותר)
פיקסלים גדולים יותר אוספים יותר אור. פיקסל בגודל 2.0 מיקרומטר לוכד פי ארבעה פוטונים מאשר פיקסל של 1.0 מיקרומטר. נתון במודול מצלמת אנדוסקופ , גודל החיישן מוגבל על ידי קוטר הקצה. סקופים דקים מאוד (מתחת ל-3 מ'מ) חייבים להשתמש בחיישנים זעירים (למשל, 1/9 אינץ') עם פיקסלים קטנים, כך שהם נאבקים בתאורה חלשה . מודול מצלמת אנדוסקופ HD (1080p) עם חיישן 1/4 אינץ' או 1/3 אינץ' יש פיקסלים גדולים יותר וביצועים טובים בהרבה בתאורה נמוכה.

3. השתמש באופטיקה באיכות גבוהה
עדשה עם צמצם גדול יותר (מספר f קטן יותר) מאפשרת ליותר אור להגיע לחיישן. עדשת f/2.0 מעבירה פי שניים יותר אור מאשר f/2.8. במודול מצלמת אנדוסקופ גמיש , העדשה היא לעתים קרובות הגורם המגביל - היא חייבת להיות קטנה וזולה. סקופים מתקדמים משתמשים בעדשות זכוכית מרובות אלמנטים עם f/1.8 עד f/2.4 כדי לשפר לכידת אור נמוך .

4. ייעול תאורת LED
נוריות ה-LED המובנות הן מקור האור העיקרי. כדי לשפר הדמיה באור נמוך :

• השתמש בנורות LED עם תפוקת אור גבוהה יותר לוואט.

• מקם נורות LED קרוב ככל האפשר לעדשה.

• הפעל את הנוריות המסונכרנות עם החשיפה של החיישן (חיישני תריס גלובליים מאפשרים זאת ללא הבהוב).

חלק מתכנוני מצלמות אנדוסקופ גמישים משתמשים במנחי אור בסיבים אופטיים במקום נוריות LED, המתחברים למקור אור חיצוני בעל עוצמה גבוהה - נפוץ בלפרוסקופים רפואיים.

5. החל הפחתת רעש דיגיטלית
אפילו עם חומרה טובה, נשאר קצת רעש. ISP (מעבד אותות תמונה) של המצלמה מחיל הפחתת רעשים מרחבית וזמנית. NR מרחבי מחליק את המסגרת הנוכחית; NR זמני ממוצע של מספר פריימים. שניהם מפחיתים גרגירים אך יכולים גם לטשטש פרטים עדינים. טוב מודול מצלמת אנדוסקופ HD מאזן הפחתת רעש ושימור פרטים.

6. קצב פריימים נמוך יותר כדי להגדיל את זמן החשיפה
בסצנות חשוכות מאוד, המצלמה יכולה להגדיל את זמן החשיפה. לדוגמה, ירידה מ-30 פריימים לשנייה (33 אלפיות השנייה למסגרת) ל-15 פריימים לשנייה (66 אלפיות השנייה לפריים) מכפילה את האור שנאסף. הפשרה היא וידאו קוצץ יותר - מקובל לבדיקה נייחת אך לא לתנועה מהירה.

ביצועים בתאורה נמוכה לפי סוג אנדוסקופ

טיפים מעשיים לאנדוסקופיה טובה יותר באור נמוך

• הוסף תאורה חיצונית - השתמש במקור אור נפרד (סיבים אופטיים או טבעת LED בהירה) במידת האפשר.

• בחר חיישן BSI - שאל אם מודול מצלמת האנדוסקופ cmos משתמש בטכנולוגיית BSI.

• הפחת את קצב הפריימים - כלי תוכנה רבים מאפשרים לך להוריד תמונות לשנייה, ולהגדיל את זמן החשיפה.

• נקה את העדשה - אבק או לחות מפחיתים את העברת האור.

• הגדל את בהירות LED - חלק מהאנדוסקופים כוללים זרם LED מתכוונן; הגדר אותו למקסימום.

מודולי מצלמות אנדוסקופ באור נמוך של Sincere
ב-Sincre, אנו מתכננים מוצרי מודול מצלמות אנדוסקופ עם אור נמוך כמדד מפתח:

• מודול מצלמת אנדוסקופ Cmos – חיישני BSI לרגישות גבוהה.

• מודול מצלמת אנדוסקופ HD - 1080p עם חיישני פיקסלים גדולים בגודל 1/3 אינץ'.

• מודול מצלמת אנדוסקופ גמיש - אפשרויות עם יציאות מנחה אור בסיבים אופטיים.

תקציר
תאורה נמוכים ביצועי במודול מצלמת אנדוסקופ תלויים ברגישות החיישן (BSI CMOS), גודל הפיקסלים (פורמט חיישן), צמצם העדשה, תאורת LED והפחתת רעש. עם מודול מצלמת אנדוסקופ HD חיישן BSI בגודל 1/3 אינץ' נותן תוצאות מצוינות לרוב הבדיקות. עבור חללים צרים מאוד, מודול מצלמת אנדוסקופ גמיש עם חיישן זעיר יהיה בעל יכולת ירודה יותר של תאורה נמוכה - ייתכן שתזדקק לתאורה חיצונית. הבנת הגורמים הללו עוזרת לך לבחור את מודול מצלמת האנדוסקופ cmos המתאים לסביבות חשוכות ותובעניות.