Как камеры эндоскопов работают при слабом освещении?

Введение
Эндоскопические камеры часто работают в темных и ограниченных пространствах – внутри труб, цилиндров двигателя или человеческого тела. Хорошая производительность при слабом освещении имеет важное значение. Если камера плохо видит в условиях слабого освещения, изображение становится шумным, темным или размытым, что затрудняет обнаружение дефектов или проблем с тканями. В этой статье объясняется, как конструкции модулей камеры эндоскопа справляются с плохим освещением, что ограничивает их способность работать при слабом освещении и как выбрать правильный модуль камеры эндоскопа высокой четкости для ваших нужд.

Почему слабая освещенность является сложной задачей
В отличие от смартфона, который может использовать яркую вспышку, в модуле камеры эндоскопа очень мало места для светодиодов. Освещение обычно происходит от нескольких крошечных светодиодов вокруг объектива. Камера должна работать с очень небольшим количеством отраженного света. При недостаточном освещении появляются две проблемы:

• Темное изображение – до сенсора доходит недостаточно фотонов.

• Шум — датчик усиливает сигнал, который также усиливает случайный электронный шум, вызывая зернистость изображения.

Производители используют несколько методов для улучшения характеристик при слабом освещении .

1. Выберите чувствительный CMOS-датчик.
В большинстве современных эндоскопов используется модуль камеры эндоскопа CMOS . Датчики CMOS, естественно, более чувствительны, чем старые ПЗС-матрицы той же мощности. Технология задней подсветки (BSI) размещает проводку за пикселями, позволяя большему количеству света попадать на чувствительную область. с Модуль камеры эндоскопа cmos BSI может быть на 30–50 % более чувствительным при слабом освещении , чем датчик без BSI с тем же размером пикселя.

Например, Sony IMX290 популярен в медицине и промышленности благодаря своим превосходным характеристикам при слабом освещении благодаря BSI.

2. Увеличьте размер пикселей (или используйте датчик большего размера).
Пиксели большего размера собирают больше света. Пиксель размером 2,0 мкм захватывает в четыре раза больше фотонов, чем пиксель размером 1,0 мкм. В данном модуле камеры эндоскопа размер датчика ограничен диаметром наконечника. Очень тонкие телескопы (менее 3 мм) должны использовать крошечные сенсоры (например, 1/9 дюйма) с маленькими пикселями, поэтому им трудно работать при слабом освещении . Модуль HD -камеры эндоскопа (1080p) с сенсором 1/4 дюйма или 1/3 дюйма имеет более крупные пиксели и гораздо лучшую производительность при слабом освещении.

3. Используйте высококачественную оптику.
Объектив с большей диафрагмой (меньшее число f) позволяет большему количеству света достигать датчика. Объектив с диафрагмой f/2,0 пропускает в два раза больше света, чем объектив с диафрагмой f/2,8. В гибком модуле камеры-эндоскопа ограничивающим фактором часто является объектив — он должен быть небольшим и дешевым. В прицелах высокого класса используются многоэлементные стеклянные линзы с диафрагмой от f/1,8 до f/2,4 для улучшения захвата при слабом освещении .

4. Оптимизируйте светодиодное освещение.
Встроенные светодиоды являются основным источником света. Чтобы улучшить качество изображения при слабом освещении :

• Используйте светодиоды с более высокой светоотдачей на ватт.

• Размещайте светодиоды как можно ближе к объективу.

• Включение светодиодов синхронизируется с экспозицией датчика (датчики глобального затвора позволяют сделать это без мерцания).

В некоторых конструкциях гибких модулей камеры эндоскопа вместо светодиодов используются оптоволоконные световоды, подключаемые к внешнему источнику света высокой интенсивности, что часто встречается в медицинских лапароскопах.

5. Примените цифровое шумоподавление
Даже при хорошем оборудовании некоторый шум остается. ISP камеры (процессор сигналов изображения) применяет пространственное и временное шумоподавление. Пространственное шумоподавление сглаживает текущий кадр; временное шумоподавление усредняет несколько кадров. Оба уменьшают зернистость, но могут также размыть мелкие детали. Хороший модуль HD-камеры для эндоскопа сочетает в себе снижение шума и сохранение деталей.

6. Уменьшите частоту кадров, чтобы увеличить время экспозиции.
В очень темных сценах камера может увеличить время экспозиции. Например, снижение частоты кадров с 30 кадров в секунду (33 мс на кадр) до 15 кадров в секунду (66 мс на кадр) удваивает количество собираемого света. Компромисс — более прерывистое видео — приемлемо для стационарного осмотра, но не для быстрого движения.

Характеристики при слабом освещении в зависимости от типа эндоскопа

Практические советы по улучшению эндоскопии при слабом освещении

• Добавьте внешнее освещение . Если возможно, используйте отдельный источник света (волоконно-оптическое или яркое светодиодное кольцо).

• Выберите датчик BSI . Спросите, использует ли модуль камеры эндоскопа cmos технологию BSI.

• Уменьшите частоту кадров . Многие программные инструменты позволяют снизить частоту кадров, увеличивая время экспозиции.

• Очистите линзу . Пыль или влага уменьшают светопропускание.

• Увеличьте яркость светодиода . Некоторые эндоскопы имеют регулируемый ток светодиода; установите его на максимум.

Модули камер
компании эндоскопических для слабого освещения от Sure

• Модуль камеры эндоскопа Cmos — датчики BSI для высокой чувствительности.

• Модуль камеры эндоскопа HD — 1080p с сенсорами большого размера 1/3 дюйма.

• Гибкий модуль эндоскопической камеры – варианты с портами для оптоволоконных световодов.

Резюме:
слабом освещении Характеристики модуля камеры эндоскопа при зависят от чувствительности сенсора (BSI CMOS), размера пикселя (формата сенсора), апертуры объектива, светодиодной подсветки и шумоподавления. Модуль HD -камеры-эндоскопа с датчиком BSI 1/3 дюйма дает отличные результаты для большинства проверок. В очень ограниченном пространстве гибкий модуль камеры эндоскопа с крошечным датчиком будет хуже работать при слабом освещении — вам может потребоваться внешнее освещение. Понимание этих факторов поможет вам выбрать правильный модуль камеры эндоскопа cmos для темных и сложных условий.