kontakt kamery@atesystem.cz
kontakt +420 595 170 472

6. květen 2020

Dynamický rozsah versus saturační kapacita

Vytvořil:
Při výběru kamery pro danou aplikaci je občas potřeba hodnotit více vlastností než jen ty základní, jako je např. rozlišení, komunikační rozhraní nebo snímková frekvence. Někdy je nutné vzít v úvahu také např. kvantovou efektivitu, velikost pixelu nebo dynamický rozsah a saturační kapacitu. O posledních 2 zmíněných si dnes řekneme trochu více.

Můžete se setkat s tím, že jsou tyto 2 vlastnosti kamer někdy zaměňovány. Velmi úzce spolu souvisí, ale nejedná se o stejnou vlastnost.

Nejdříve trocha terminologie

Saturační kapacita = počet elektronů (e-), které pixel dokáže pojmout (při překročení tohoto čísla je pixel přesaturován a neudává nám správnou lineární hodnotu jasu) – typicky desítky tisíc elektronů 

Temný šum = počet elektronů, které se uvolní v pixelu, i když na něj nesvítí žádné světlo. Lze jej také definovat jako minimální signál, který jsme schopni změřit – typicky jednotky až desítky elektronů 

Dynamický rozsah = je poměr mezi saturační kapacitou a temným šumem. Je dám vzorcem 20 * log( Saturation Capacity / Dark Noise ) a jednotkou je decibel [dB]

Příklad na dvou kamerách Basler

Srovnejme si nyní 2 konkrétní senzory, abychom viděli rozdíl na příkladu. Oba senzory jsou ze stejné rodiny senzorů IMX a jsou velmi používané v různých aplikacích. Jedná so o senzory IMX 249 a IMX 264.

CMOS senzorIMX249*IMX264*
Příklad kameryBasler acA1920-40gmBasler acA2440-20gm
Saturační kapacita [e-]31 90010 400
Temný šum [e-]72
Dynamický rozsah [dB]7473

*Hodnoty převzaty z brožury Basler (viz Soubory ke stažení  v pravém postranním panelu)

Čím to je, že jsou snímky tak odlišné?

Z uvedeného srovnání je patrné, že dynamický rozsah je v podstatě stejný, ale přitom saturační kapacitu má IMX249 cca trojnásobnou. Čím to tedy je? Může za to temný šum.

Poměr mezi saturační kapacitou a temným šumem je u obou kamer velmi podobný a po dosazení do výše zmíněného vzorce dostáváme opravdu srovnatelnou hodnotu:

Basler acA1920-40gm (IMX249) - 20*log (31 900 / 7)= ~ 74 dB

Basler acA2440-20gm (IMX264) - 20*log (10 400 / 2) = ~ 73 dB

Zde můžete vidět vliv dynamického rozsahu na snímanou scénu:

Velký dynamický rozsah

Obr. 1: Velký dynamický rozsah

Malý dynamický rozsah

Obr. 2: Malý dynamický rozsah

Co nám ze srovnání vyplývá?

Naše srovnávané senzory mají skoro stejný dynamický rozsah. V čem se tedy liší? Kdy použít první či druhý senzor?

Oba senzory budou vhodné pro snímání dynamické scény, ale senzor IMX249 bude přece jen vhodnější, pokud vaše scéna bude obsahovat více světla. Tzn. Basler acA1920-40gm s čipem IMX249 se hodí pro více světelné aplikace, protože pixel jednoduše pojme více světla.

Naopak IMX264 bude vhodnější pro aplikace, kde vás zajímají malé rozdíly ve stupních šedé, jelikož má velmi nízký temný šum. Tzn. Basler acA2440-20gm s čipem IMX264 je vhodnější pro aplikace s menším množstvím světla, kdy potřebujete snímat spíše temné (tmavěji šedé) oblasti.

Logo
Top