Qual é o desempenho das câmeras endoscópicas com pouca luz?

Introdução
As câmeras endoscópicas geralmente funcionam em espaços escuros e apertados – dentro de tubos, cilindros de motores ou no corpo humano. Um bom desempenho com pouca luz é essencial. Se a câmera não conseguir enxergar bem em condições de pouca luz, a imagem ficará barulhenta, escura ou desfocada, dificultando a detecção de defeitos ou problemas nos tecidos. Este artigo explica como os designs dos módulos de câmera endoscópica lidam com iluminação insuficiente, o que limita sua capacidade de pouca luz e como escolher o módulo de câmera endoscópica HD certo para suas necessidades.

Por que a pouca luz é um desafio
Ao contrário de um smartphone que pode usar um flash brilhante, um módulo de câmera endoscópica tem muito pouco espaço para LEDs. A iluminação geralmente vem de alguns pequenos LEDs ao redor da lente. A câmera deve funcionar com muito pouca luz refletida. Com pouca luz, aparecem dois problemas:

• Imagem escura – não há fótons suficientes atingindo o sensor.

• Ruído – o sensor amplifica o sinal, que também amplifica o ruído eletrônico aleatório, causando uma imagem granulada.

Os fabricantes usam várias técnicas para melhorar o desempenho com pouca luz .

1. Escolha um sensor CMOS sensível
A maioria dos osciloscópios modernos usa um módulo de câmera endoscópica CMOS . Os sensores CMOS são naturalmente mais sensíveis do que os CCDs mais antigos com a mesma potência. A tecnologia retroiluminada (BSI) coloca a fiação atrás dos pixels, permitindo que mais luz atinja a área sensível. Um módulo de câmera endoscópica CMOS com BSI pode ser de 30 a 50% mais sensível em condições de pouca luz do que um sensor não BSI com o mesmo tamanho de pixel.

Por exemplo, o Sony IMX290 é popular em âmbitos médicos e industriais devido ao seu excelente desempenho em condições de pouca luz graças ao BSI.

2. Aumente o tamanho do pixel (ou use um sensor maior)
Pixels maiores coletam mais luz. Um pixel de 2,0 µm captura quatro vezes mais fótons que um pixel de 1,0 µm. Em um determinado módulo de câmera endoscópica , o tamanho do sensor é limitado pelo diâmetro da ponta. Os osciloscópios muito finos (menos de 3 mm) devem usar sensores minúsculos (por exemplo, 1/9″) com pixels pequenos, por isso têm dificuldades com pouca luz . Um módulo de câmera endoscópica HD (1080p) com sensor de 1/4″ ou 1/3″ possui pixels maiores e desempenho muito melhor em pouca luz.

3. Use óptica de alta qualidade
Uma lente com abertura maior (número f menor) permite que mais luz chegue ao sensor. Uma lente f/2.0 transmite duas vezes mais luz que f/2.8. Em um módulo de câmera endoscópica flexível , a lente costuma ser o fator limitante – ela deve ser pequena e barata. Os osciloscópios de última geração usam lentes de vidro multielementos com f/1.8 a f/2.4 para melhorar a captura em pouca luz .

4. Otimize a iluminação LED
Os LEDs integrados são a principal fonte de luz. Para melhorar a imagem com pouca luz :

• Use LEDs com maior emissão de luz por watt.

• Coloque os LEDs o mais próximo possível da lente.

• Pulse os LEDs sincronizados com a exposição do sensor (os sensores globais do obturador permitem isso sem cintilação).

Alguns designs flexíveis de módulos de câmera endoscópica usam guias de luz de fibra óptica em vez de LEDs, conectando-se a uma fonte de luz externa de alta intensidade – comum em laparoscópios médicos.

5. Aplique redução de ruído digital
Mesmo com um bom hardware, algum ruído permanece. O ISP (processador de sinal de imagem) da câmera aplica redução de ruído espacial e temporal. Spatial NR suaviza o quadro atual; O NR temporal calcula a média de vários quadros. Ambos reduzem a granulação, mas também podem desfocar detalhes finos. Um bom módulo de câmera endoscópica HD equilibra redução de ruído e preservação de detalhes.

6. Reduza a taxa de quadros para aumentar o tempo de exposição
Em cenas muito escuras, a câmera pode aumentar o tempo de exposição. Por exemplo, cair de 30 fps (33 ms por quadro) para 15 fps (66 ms por quadro) duplica a luz coletada. A desvantagem é um vídeo mais entrecortado – aceitável para inspeção estacionária, mas não para movimento rápido.

Desempenho com pouca luz por tipo de endoscópio

Dicas práticas para uma melhor endoscopia com pouca luz

• Adicione iluminação externa – Use uma fonte de luz separada (fibra óptica ou anel de LED brilhante), se possível.

• Escolha um sensor BSI – Pergunte se o módulo da câmera endoscópica CMOS usa tecnologia BSI.

• Reduza a taxa de quadros – Muitas ferramentas de software permitem diminuir fps, aumentando o tempo de exposição.

• Limpe a lente – Poeira ou umidade reduzem a transmissão de luz.

• Aumentar o brilho do LED – Alguns endoscópios possuem corrente de LED ajustável; coloque-o no máximo.

Módulos de câmera endoscópica com pouca luz da Sincere
Na Sincere, projetamos produtos de módulos de câmera endoscópica com pouca luz como métrica principal:

• Módulo de câmera endoscópica Cmos – sensores BSI para alta sensibilidade.

• Módulo de câmera endoscópica HD – 1080p com sensores de pixel grande de 1/3″.

• Módulo de câmera endoscópica flexível – Opções com portas de guia de luz de fibra óptica.

Resumo O desempenho
com pouca luz em um módulo de câmera endoscópica depende da sensibilidade do sensor (BSI CMOS), tamanho do pixel (formato do sensor), abertura da lente, iluminação LED e redução de ruído. Um módulo de câmera endoscópica HD com sensor BSI de 1/3 ″ oferece excelentes resultados para a maioria das inspeções. Para espaços muito apertados, um módulo de câmera endoscópica flexível com um sensor minúsculo terá menor capacidade de iluminação fraca – você pode precisar de iluminação externa. A compreensão desses fatores ajuda você a escolher o módulo de câmera endoscópica CMOS certo para ambientes escuros e exigentes.