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 медицинской и промышленной сфере 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 о ~!phoenix_var133_2!~~!phoenix_var133_3!~ ~!phoenix_var133_4!~ ~!phoenix_var133_5!~

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.