はじめに
内視鏡カメラは、パイプ、エンジンシリンダー、人体の内部など、暗くて狭い空間で使用されることがよくあります。優れた 低照度 パフォーマンスが不可欠です。薄暗い環境でカメラがよく見えないと、画像にノイズが入ったり、暗くなったり、ぼやけたりして、欠陥や組織の問題を見つけるのが難しくなります。この記事では、 内視鏡カメラ モジュールの 設計が不十分な照明にどのように対処するか、低照度機能を制限するもの、およびニーズに合った適切な HD 内視鏡カメラ モジュールを選択する方法について 説明します。
低照度が難しい理由
明るいフラッシュを使用できるスマートフォンとは異なり、 内視鏡カメラ モジュールには LED を配置するスペースがほとんどありません。通常、照明はレンズの周囲にあるいくつかの小さな LED から発せられます。カメラは反射光が非常に少ない状態で動作する必要があります。暗い場所では、次の 2 つの問題が発生します。
暗い画像 – 十分な光子がセンサーに到達しません。
ノイズ – センサーは信号を増幅し、ランダムな電子ノイズも増幅して、画像の粗さを引き起こします。
メーカーは向上させるためにいくつかの技術を使用しています 、低照度でのパフォーマンスを 。
1. 高感度 CMOS センサーを選択する
最新のスコープのほとんどは、 CMOS 内視鏡カメラ モジュールを使用しています。 CMOS センサーは、当然のことながら、同じ出力の古い CCD よりも感度が高くなります。裏面照射型 (BSI) テクノロジーは、ピクセルの後ろに配線を配置し、より多くの光が感知領域に当たるようにします。 BSI を搭載したcmos 内視鏡カメラ モジュールは、 での感度が 30 ～ 50% 高くなります。 暗い場所 同じピクセル サイズの非 BSI センサーよりも
たとえば、Sony IMX290 は、BSI による優れた低照度性能により、医療および産業用スコープで人気があります。
2. ピクセル サイズを大きくする (または、より大きなセンサーを使用する)
ピクセルが大きいほど、より多くの光を集めます。 2.0 µm ピクセルは、1.0 µm ピクセルの 4 倍の光子を捕捉します。特定の 内視鏡カメラ モジュールでは、センサーのサイズは先端の直径によって制限されます。非常に薄いスコープ (3 mm 未満) は、小さなピクセルを備えた小さなセンサー (1/9 インチなど) を使用する必要があるため、 暗い場所では困難になります。 1/4 インチまたは 1/3 インチのセンサーを備えたHD 内視鏡カメラ モジュール (1080p) は、より大きなピクセルとはるかに優れた低照度性能を備えています。
3. 高品質の光学系を使用する より
大きな口径 (より小さな F 値) を備えたレンズにより、より多くの光がセンサーに届きます。 f/2.0 レンズは、f/2.8 の 2 倍の光を透過します。では 柔軟な内視鏡カメラ モジュール、多くの場合、レンズが制限要因になります。レンズは小型で安価でなければなりません。ハイエンドスコープは、f/1.8 ～ f/2.4 の多要素ガラスレンズを使用して、 低光量の 捕捉を改善します。
4. LED 照明の最適化
内蔵 LED が主な光源です。を改善するには 低照度の画像処理 :
ワットあたりの光出力が高い LED を使用してください。
LED をできるだけレンズの近くに配置します。
センサーの露出と同期して LED をパルスします (グローバル シャッター センサーにより、ちらつきなしでこれが可能になります)。
一部の 柔軟な内視鏡カメラ モジュール 設計では、LED の代わりに光ファイバー ライト ガイドを使用し、医療用腹腔鏡で一般的な外部高輝度光源に接続します。
5. デジタル ノイズ リダクションを適用する
優れたハードウェアを使用しても、多少のノイズは残ります。カメラの ISP (画像信号プロセッサ) は、空間的および時間的なノイズ低減を適用します。空間 NR は現在のフレームを滑らかにします。時間的 NR は複数のフレームを平均します。どちらも粒子を低減しますが、細かい部分をぼかすこともできます。優れた HD 内視鏡カメラ モジュールは、 ノイズ低減と細部の保存のバランスを保っています。
6. フレーム レートを下げて露出時間を増やす
非常に暗いシーンでは、カメラは露出時間を増やすことができます。たとえば、30 fps (フレームあたり 33 ミリ秒) から 15 fps (フレームあたり 66 ミリ秒) に低下すると、収集される光が 2 倍になります。トレードオフとして、ビデオが途切れやすくなります。静止した検査には許容されますが、高速な動きには適していません。
内視鏡の種類別の低照度性能
タイプ |
代表的なセンサー |
低照度パフォーマンス |
理由 |
|---|---|---|---|
軟性内視鏡カメラモジュール （医療用、2～4 mm） |
1/9インチ～1/6インチCMOS |
平均的に劣る |
非常に小さなピクセル |
HD 内視鏡カメラ モジュール (工業用、5 ～ 8 mm) |
1/3インチBSI CMOS |
良い |
大きなピクセル、BSI |
フレキシブル内視鏡カメラモジュール ファイバーライト付き |
1/4インチCMOS |
とても良い |
外部の明るい光源 |
USB内視鏡 （民生用、5.5mm） |
1/4インチローリングシャッター |
平均 |
低コストのレンズと LED |
より良い低照度内視鏡検査のための実践的なヒント
外部照明を追加する – 可能であれば、別の光源 (光ファイバーまたは明るい LED リング) を使用します。
BSI センサーを選択する – cmos 内視鏡カメラ モジュールが BSI テクノロジーを使用しているかどうかを尋ねます。
フレーム レートを下げる – 多くのソフトウェア ツールでは、fps を下げて露出時間を増やすことができます。
レンズを掃除します – ほこりや湿気により光の透過率が低下します。
LED の輝度を上げる – 一部の内視鏡には LED 電流を調整できます。最大に設定します。
シンシアの低照度内視鏡カメラ モジュール シンシア
では、 内視鏡カメラ モジュール 製品を設計しています。 低照度を 主要指標として
Cmos 内視鏡カメラ モジュール – 高感度の BSI センサー。
HD 内視鏡カメラ モジュール – 1/3 インチの大型ピクセル センサーを備えた 1080p。
柔軟な内視鏡カメラ モジュール – 光ファイバー ライト ガイド ポートを備えたオプション。
まとめ内
低照度 パフォーマンスは 視鏡カメラ モジュールの 、センサー感度 (BSI CMOS)、ピクセル サイズ (センサー フォーマット)、レンズの絞り、LED 照明、ノイズ低減によって決まります。 ます 。 1/3 インチ BSI センサーを備えた HD 内視鏡カメラ モジュールは、ほとんどの検査で優れた結果をもたらし非常に狭いスペースの場合、小型センサーを備えた 柔軟な内視鏡カメラ モジュールは 低照度性能が低下するため、外部照明が必要になる場合があります。これらの要素を理解することは、 cmos 内視鏡カメラ モジュールを選択するのに役立ちます。 暗く要求の厳しい環境に適した
