Apabila anda menggunakan modul kamera dalam bilik yang bercahaya malap, di bawah cahaya bulan atau di dalam paip gelap, imej selalunya menjadi berbintik, gelap atau kabur. Keupayaan kamera untuk menghasilkan imej yang boleh digunakan dan jelas dalam keadaan sedemikian dipanggilprestasi cahaya rendah. Ini adalah salah satu spesifikasi yang paling penting untuk banyak aplikasi - daripada modul kamera mini dalam endoskop perubatan kepada Modul Kamera USB untuk keselamatan waktu malam. Dalam artikel ini, kami menerangkan maksud prestasi cahaya malap, faktor yang mempengaruhinya dan cara memilih modul kamera yang berprestasi baik dalam kegelapan.
Mengapa Prestasi Cahaya Rendah Penting
Kamera yang bergelut dalam cahaya malap akan memaksa sensor untuk menguatkan isyarat (meningkatkan keuntungan), yang juga menguatkan bunyi elektronik rawak. Hasilnya ialah imej bising, "bersalji" dengan perincian yang dikurangkan. Dalam aplikasi kritikal – seperti endoskop pembedahan, sistem penglihatan malam automotif atau kamera hidupan liar malam – prestasi cahaya malap yang lemah boleh menyebabkan diagnosis yang tidak dijawab, kemalangan atau kehilangan data.
Walaupun untuk Modul Kamera USB ringkas yang digunakan untuk pemeriksaan rumah, keupayaan cahaya malap yang baik bermakna anda boleh melihat ke sudut gelap tanpa memerlukan cahaya luaran yang berkuasa.
Bagaimanakah Prestasi Cahaya Rendah Diukur?
Tiada nombor universal tunggal, tetapi pengeluar sering menentukan:
Pencahayaan minimum– Tahap cahaya terendah (dalam lux) di mana kamera boleh menghasilkan imej yang boleh digunakan. Pejabat dalaman biasa ialah kira-kira 300‑500 lux; cahaya bulan adalah kira-kira 0.1‑0.3 lux.
Nisbah isyarat-ke-bunyi (SNR)– Pada cahaya malap, SNR yang lebih tinggi bermakna bunyi kurang kelihatan.
Sensitiviti– Selalunya dinyatakan dalam mV per lux·s (milivolt per lux sesaat) untuk sensor.
Modul kamera cahaya malap yang baik boleh berfungsi pada 0.1 lux atau lebih rendah, selalunya dengan bantuan pencahayaan inframerah.
Faktor Utama yang Mempengaruhi Prestasi Cahaya Rendah
1. Saiz Piksel (Reka Bentuk Penderia)
Faktor yang paling asas ialah saiz setiap piksel pada sensor modul kamera cmos. Piksel yang lebih besar menangkap lebih banyak foton (zarah cahaya) daripada piksel yang lebih kecil. Sebagai contoh, piksel selebar 2.9 µm (mikrometres) mengumpul kira-kira empat kali lebih banyak cahaya daripada piksel 1.4 µm. Oleh itu, untuk resolusi tertentu, penderia dengan piksel yang lebih besar akan berprestasi lebih baik dalam cahaya malap.
Inilah sebabnya mengapa modul kamera mini 2 MP dengan piksel besar boleh menghasilkan imej malam yang lebih bersih daripada modul 8 MP dengan piksel yang sangat kecil, walaupun modul 8 MP mempunyai resolusi yang lebih tinggi.
2. Teknologi Bercahaya Belakang (BSI).
Penderia tradisional mempunyai pendawaian di atas kawasan sensitif cahaya, menyekat sedikit cahaya. Penderia BSI membalikkan struktur, meletakkan pendawaian di belakang fotodiod. Ini membolehkan lebih banyak cahaya mencapai piksel, meningkatkan kepekaan cahaya rendah sebanyak 30-50% berbanding dengan penderia bukan BSI dengan saiz piksel yang sama. Hampir semua penderia modul kamera cmos moden untuk endoskopi atau pengawasan menggunakan BSI.
3. Bukaan Lensa (nombor f)
Kanta mengawal jumlah cahaya yang masuk ke dalam kamera. Kanta dengan nombor f yang lebih rendah (cth, f/1.8) membenarkan masuk lebih banyak cahaya daripada kanta dengan nombor f yang lebih tinggi (cth, f/2.8). Modul kamera fokus auto selalunya mempunyai apertur sederhana (f/2.0‑f/2.4) yang mengimbangi pengumpulan cahaya dan kedalaman medan. Untuk cahaya malap yang melampau, modul fokus tetap dengan nombor f yang sangat rendah (f/1.4) adalah sesuai, tetapi ia akan mempunyai medan kedalaman yang lebih cetek.
4. Teknologi Sensor (BSI, Bertindan, Pengatup Global)
Penderia CMOS bercahaya belakang (BSI) dan bertindan adalah yang terbaik untuk cahaya malap. Penderia pengatup global biasanya mempunyai kepekaan yang lebih rendah sedikit daripada penderia pengatup berguling dengan saiz piksel yang sama, tetapi ia lebih disukai apabila adegan mengandungi gerakan pantas.
5. Pengurangan Bunyi dan Pemprosesan Imej
Pemproses imej (ISP) kamera boleh menggunakan pengurangan hingar spatial (melicinkan bingkai semasa) dan pengurangan hingar temporal (purata beberapa bingkai). Modul kamera UVC yang ditala dengan baik boleh menghasilkan imej yang lebih bersih dengan kos kehilangan sedikit butiran halus. Sesetengah modul mewah juga menggunakan teknik HDR berbilang bingkai untuk mencerahkan bayang-bayang tanpa mengeluarkan sorotan.
6. Kadar Bingkai dan Masa Pendedahan
Dalam cahaya yang sangat malap, kamera mungkin secara automatik mengurangkan kadar bingkai (cth, daripada 30 fps kepada 15 fps) untuk membenarkan masa pendedahan yang lebih lama bagi setiap bingkai. Ini mengumpul lebih banyak cahaya tetapi menjadikan video kurang lancar. Untuk modul kamera raspberry pi v3, anda boleh mengurangkan kadar bingkai secara manual dalam perisian (libcamera‑vid --framerate 15) untuk meningkatkan kualiti imej cahaya malap.
Cara Meningkatkan Prestasi Cahaya Rendah dalam Modul Kamera Anda
Pilih penderia yang lebih besar (jika saiz membenarkan)– Penderia 1/2.8″ dengan piksel 2.9 µm akan mengatasi prestasi penderia 1/4″ dengan piksel 1.4 µm.
Pilih penderia BSI– Kebanyakan penderia Sony IMX (cth, IMX290, IMX307) menggunakan BSI.
Gunakan kanta dengan apertur yang lebih besar– f/2.0 atau lebih rendah jika boleh.
Tambah pencahayaan inframerah (IR).– Untuk kegelapan sepenuhnya, gunakan LED IR (850 nm atau 940 nm) dan kamera tanpa penapis potongan IR.
Kurangkan kadar bingkai– Tukar kelancaran untuk kecerahan.
Gunakan pengurangan hingar temporal– Purata bingkai mengurangkan bunyi tetapi boleh menyebabkan hantu jika adegan bergerak.
Prestasi Cahaya Rendah dalam Jenis Modul Kamera Berbeza
Modul Kamera Mini (untuk endoskopi)– Ini mempunyai penderia yang sangat kecil (1/9″ hingga 1/6″) dan kanta kecil. Prestasi cahaya malap mereka sememangnya terhad. Untuk mengimbangi, modul kamera endoskop menggunakan LED terang yang sangat dekat dengan kanta. Untuk kegunaan perubatan, output cahaya adalah terhad untuk mengelakkan pemanasan tisu, jadi sensitiviti kamera adalah kritikal.
Modul Kamera USB (UVC)– Banyak modul kamera UVC untuk kamera web menggunakan penderia kecil dengan purata keupayaan cahaya malap. Walau bagaimanapun, modul kamera UVC profesional untuk pengawasan atau pemeriksaan industri sering menggunakan penderia BSI dan piksel yang lebih besar. Mereka juga menyokong pelarasan keuntungan dan pendedahan automatik.
Modul Kamera OEM– Apabila anda mereka bentuk modul kamera OEM tersuai, anda boleh mengoptimumkan setiap aspek untuk cahaya malap: pilih penderia BSI dengan piksel besar, tentukan kanta kaca dengan apertur f/1.8 dan tala pengurangan hingar ISP. Ini adalah cara terbaik untuk mencapai prestasi cahaya malap yang sangat baik untuk aplikasi tertentu.
Modul Kamera Fokus Auto– Autofokus menambah elemen kanta bergerak, yang mungkin mengurangkan sedikit apertur maksimum. Walau bagaimanapun, banyak modul autofokus masih mencapai f/2.0‑f/2.4, yang bagus untuk cahaya malap. Kelebihannya ialah anda juga boleh fokus pada objek dekat dalam keadaan malap.
Modul Kamera Raspberry Pi V3– Kamera Raspberry Pi rasmi menggunakan penderia Sony IMX708 (BSI, 1.4 µm piksel dalam mod 4:3). Prestasi cahaya rendahnya adalah baik untuk modul pengguna, tetapi tidak sebagus kamera industri cahaya rendah khusus. Anda boleh memperbaikinya dengan mengurangkan kadar bingkai dan menggunakan pilihan --nopreview untuk mengelakkan overhed CPU.
Contoh Praktikal
Katakan anda memerlukan modul kamera mini untuk pemeriksaan dron waktu malam. Anda mempunyai dua pilihan:
Pilihan A: Penderia 720p dengan piksel 2.2 µm, BSI, lensa f/2.0.
Pilihan B: Penderia 1080p dengan piksel 1.4 µm, bukan BSI, lensa f/2.8.
Pilihan A akan menghasilkan imej malam yang lebih bersih, walaupun resolusinya lebih rendah. Untuk tugasan dron, anda tidak memerlukan 1080p – anda perlu melihat subjek dengan jelas dalam gelap. Oleh itu, pilih modul dengan prestasi cahaya malap yang lebih baik.
Ringkasan
Prestasi cahaya rendah menentukan sejauh mana modul kamera boleh menghasilkan imej yang boleh digunakan dalam keadaan malap atau gelap. Ia bergantung pada saiz piksel (lebih besar adalah lebih baik), teknologi BSI, apertur lensa, pengurangan hingar ISP dan kadar bingkai. Apabila memilih modul kamera – sama ada modul kamera mini untuk endoskopi, Modul Kamera USB untuk keselamatan, modul kamera OEM untuk peranti tersuai, modul kamera fokus auto untuk pengimbas kod bar, modul kamera UVC untuk kamera web, modul kamera cmos untuk penglihatan terbenam atau modul kamera raspberry pi v3 untuk prototaip – sentiasa semak saiz piksel penderia dan sama ada ia menggunakan BSI. Dalam cahaya yang sangat malap, pertimbangkan untuk menambah pencahayaan IR dan mengurangkan kadar bingkai.
Jika anda memerlukan modul kamera yang dioptimumkan untuk aplikasi cahaya malap, hubungi Sincere. Kami mereka bentuk dan mengeluarkan modul kamera OEM tersuai dengan penderia CMOS sensitiviti tinggi, piksel besar dan kanta pantas yang disesuaikan dengan persekitaran anda.
