Camera nội soi hoạt động như thế nào trong điều kiện ánh sáng yếu?

Giới thiệu
Camera nội soi thường hoạt động trong không gian tối, chật hẹp – bên trong đường ống, xi lanh động cơ hoặc cơ thể con người. Hiệu suất tốt ánh sáng yếu là điều cần thiết. Nếu máy ảnh không thể nhìn rõ trong điều kiện thiếu sáng, hình ảnh sẽ trở nên nhiễu, tối hoặc mờ, khiến khó phát hiện các khuyết tật hoặc vấn đề về mô. Bài viết này giải thích cách thiết kế mô-đun camera nội soi xử lý ánh sáng yếu, điều gì hạn chế khả năng chụp thiếu sáng của chúng và cách chọn mô-đun camera nội soi hd phù hợp với nhu cầu của bạn.

Tại sao ánh sáng yếu lại là thách thức
Không giống như điện thoại thông minh có thể sử dụng đèn flash sáng, mô-đun camera nội soi có rất ít không gian cho đèn LED. Sự chiếu sáng thường đến từ một vài đèn LED nhỏ xung quanh ống kính. Máy ảnh phải hoạt động với rất ít ánh sáng phản chiếu. Trong điều kiện ánh sáng yếu, có hai vấn đề xuất hiện:

• Hình ảnh tối - không đủ photon tới cảm biến.

• Nhiễu – cảm biến khuếch đại tín hiệu, đồng thời khuếch đại nhiễu điện tử ngẫu nhiên, gây ra hình ảnh bị nhiễu hạt.

Các nhà sản xuất sử dụng một số kỹ thuật để cải thiện hiệu suất ánh sáng yếu .

1. Chọn cảm biến CMOS nhạy
Hầu hết các máy hiện đại đều sử dụng mô-đun máy ảnh nội soi cmos . Cảm biến CMOS đương nhiên nhạy hơn so với các CCD cũ ở cùng công suất. Công nghệ chiếu sáng sau (BSI) đặt hệ thống dây điện phía sau các điểm ảnh, cho phép nhiều ánh sáng chiếu vào khu vực nhạy cảm hơn. Mô -đun máy ảnh nội soi cmos có BSI có thể nhạy hơn 30–50% trong điều kiện ánh sáng yếu so với cảm biến không phải BSI có cùng kích thước pixel.

Ví dụ: Sony IMX290 phổ biến trong phạm vi y tế và công nghiệp nhờ hiệu suất tuyệt vời trong điều kiện ánh sáng yếu nhờ BSI.

2. Tăng kích thước pixel (hoặc sử dụng cảm biến lớn hơn)
Pixel lớn hơn sẽ thu được nhiều ánh sáng hơn. Một pixel 2,0 µm thu được số lượng photon gấp bốn lần so với một pixel 1,0 µm. Trong mô-đun camera nội soi nhất định , kích thước cảm biến bị giới hạn bởi đường kính đầu. Các ống soi rất mỏng (dưới 3 mm) phải sử dụng các cảm biến cực nhỏ (ví dụ: 1/9') với các pixel nhỏ nên chúng gặp khó khăn trong điều kiện ánh sáng yếu . Mô -đun máy ảnh nội soi hd (1080p) có cảm biến 1/4' hoặc 1/3' có điểm ảnh lớn hơn và hiệu suất trong điều kiện ánh sáng yếu tốt hơn nhiều.

3. Sử dụng Quang học Chất lượng Cao
Ống kính có khẩu độ lớn hơn (số f nhỏ hơn) cho phép nhiều ánh sáng đến cảm biến hơn. Ống kính f/2.0 truyền ánh sáng nhiều gấp đôi so với f/2.8. Trong mô-đun camera nội soi linh hoạt , ống kính thường là yếu tố hạn chế – nó phải nhỏ và rẻ. Ống kính cao cấp sử dụng thấu kính thủy tinh đa thành phần có f/1.8 đến f/2.4 để cải thiện khả năng chụp trong điều kiện ánh sáng yếu .

4. Tối ưu hóa độ chiếu sáng của đèn LED
Đèn LED tích hợp là nguồn sáng chính. Để cải thiện hình ảnh ánh sáng yếu :

• Sử dụng đèn LED có công suất ánh sáng cao hơn trên mỗi watt.

• Đặt đèn LED càng gần ống kính càng tốt.

• Xung các đèn LED được đồng bộ hóa với mức phơi sáng của cảm biến (cảm biến màn trập toàn cầu cho phép điều này mà không nhấp nháy).

Một số thiết kế mô-đun camera nội soi linh hoạt sử dụng thanh dẫn ánh sáng bằng sợi quang thay vì đèn LED, kết nối với nguồn sáng cường độ cao bên ngoài – thường thấy trong nội soi y tế.

5. Áp dụng tính năng giảm nhiễu kỹ thuật số
Ngay cả với phần cứng tốt, vẫn còn một số nhiễu. ISP (bộ xử lý tín hiệu hình ảnh) của máy ảnh áp dụng tính năng giảm nhiễu theo không gian và thời gian. NR không gian làm mịn khung hình hiện tại; NR tạm thời tính trung bình một số khung hình. Cả hai đều làm giảm hạt nhưng cũng có thể làm mờ các chi tiết nhỏ. Một tốt mô-đun máy ảnh nội soi HD sẽ cân bằng giữa việc giảm tiếng ồn và bảo toàn chi tiết.

6. Giảm tốc độ khung hình để tăng thời gian phơi sáng
Trong những cảnh rất tối, máy ảnh có thể tăng thời gian phơi sáng. Ví dụ: giảm từ 30 khung hình/giây (33 mili giây trên mỗi khung hình) xuống 15 khung hình/giây (66 mili giây trên mỗi khung hình) sẽ tăng gấp đôi lượng ánh sáng thu được. Sự cân bằng là video có độ sắc nét cao hơn – có thể chấp nhận được khi kiểm tra cố định nhưng không thể chấp nhận được đối với chuyển động nhanh.

Hiệu suất ánh sáng yếu theo loại nội soi

Lời khuyên thiết thực để nội soi ánh sáng yếu tốt hơn

• Thêm ánh sáng bên ngoài – Sử dụng nguồn sáng riêng (cáp quang hoặc vòng đèn LED sáng) nếu có thể.

• Chọn cảm biến BSI – Hỏi xem mô-đun camera nội soi cmos có sử dụng công nghệ BSI không.

• Giảm tốc độ khung hình – Nhiều công cụ phần mềm cho phép bạn giảm khung hình/giây, tăng thời gian phơi sáng.

• Làm sạch ống kính – Bụi hoặc hơi ẩm làm giảm khả năng truyền ánh sáng.

• Tăng độ sáng đèn LED – Một số máy nội soi có dòng đèn LED có thể điều chỉnh; đặt nó ở mức tối đa.

Mô-đun máy ảnh nội soi ánh sáng yếu của Chân thành
Tại Chân thành, chúng tôi thiết kế các sản phẩm mô-đun máy ảnh nội soi lấy ánh sáng yếu làm thước đo chính:

• Mô-đun camera nội soi Cmos – Cảm biến BSI cho độ nhạy cao.

• Mô-đun camera nội soi HD – 1080p với cảm biến pixel lớn 1/3”.

• Mô-đun camera nội soi linh hoạt – Tùy chọn với cổng dẫn ánh sáng cáp quang.

Tóm tắt Hiệu suất
ánh sáng yếu trong mô-đun máy ảnh nội soi phụ thuộc vào độ nhạy của cảm biến (BSI CMOS), kích thước pixel (định dạng cảm biến), khẩu độ ống kính, độ chiếu sáng của đèn LED và khả năng giảm nhiễu. Mô -đun camera nội soi hd với cảm biến BSI 1/3” mang lại kết quả tuyệt vời cho hầu hết các cuộc kiểm tra. Đối với những không gian rất chật hẹp, mô-đun camera nội soi linh hoạt có cảm biến nhỏ sẽ có khả năng chụp trong điều kiện ánh sáng yếu kém hơn – bạn có thể cần nguồn sáng bên ngoài. Hiểu được những yếu tố này giúp bạn chọn phù hợp mô-đun camera nội soi cmos cho môi trường tối, đòi hỏi khắt khe.