Daha İyi Bir Lens, Daha Ucuz Bir Sensörün Daha İyi Performans Göstermesini Sağlayabilir mi?

Kamera geliştirmede şaşırtıcı derecede sık duyduğumuz bir soru var:

"Daha iyi bir lens kullanırsak daha ucuz bir sensörden daha iyi performans alabilir miyiz?"

Dürüst cevap şudur:

Evet ama düşündüğünüz şekilde değil.

Daha iyi bir lens, 5 MP'lik bir sensörü sihirli bir şekilde 8 MP'lik bir sensöre dönüştüremez. Sensörün fiziksel piksel sayısını artıramaz, doğal dinamik aralığını iyileştiremez veya sensörün kendisinden gelen gürültüyü ortadan kaldıramaz.

Ama hikayenin başka bir tarafı daha var.

Bir sensör yalnızca kendisine ulaşan optik bilgiyi kaydedebilir.

Lens zayıf ayrıntı, düşük kontrast, yetersiz ışık veya kötü kontrol edilen sapmalar sunuyorsa, pahalı bir sensörün bile tehlikeye atılmış bilgilerle çalışması istenir.

Öte yandan, iyi tasarlanmış bir lens, daha uygun fiyatlı bir sensörün gerçekte yapabileceklerinden çok daha fazlasını elde etmesine yardımcı olabilir.

Maliyete duyarlı bir kamera tasarlarken bu ayrım son derece önemlidir.

Sensör Tek Başına Çalışmıyor

Sensörü kameranın "motoru" olarak düşünmek cazip gelebilir.

Gerçekte görüntüleme sistemi bir ekibe daha yakındır.

Lens ışığı toplar ve düzenler.

Sensör bu ışığı elektrik sinyallerine dönüştürür.

ISP bu sinyalleri işler.

Yazılım ve yapay zeka daha sonra ortaya çıkan görüntüyü yorumlar.

Zincirin bir parçası zayıfsa diğer bileşenlerin bunu telafi etmesi gerekir.

Ve tazminatın sınırları vardır.

Belirli bir düzeydeki ayrıntıyı mükemmel bir şekilde çözümleyebilen, uygun fiyatlı bir sensör hayal edin.

Şimdi önüne kalitesiz bir lens koyun.

Lens, bu ayrıntıyı sensöre ulaşmadan bulanıklaştırabilir.

Sensör kendisine hiç iletilmeyen bilgileri kaydedemez.

Bu nedenle, lensi ticari bir bileşen olarak ele alırken en pahalı sensörü satın almak, şaşırtıcı derecede verimsiz bir strateji olabilir.

Daha İyi Bir Lens Piksel Eklemez. Pikselleri Daha Kullanışlı Hale Getirir.

Bu ana fikirdir.

İki kameranın tamamen aynı sensörü kullandığını varsayalım.

Kamera A vasat bir lens kullanıyor.

Kamera B daha iyi bir optik sistem kullanıyor.

Sensör özellikleri değişmedi.

Her ikisi de hala aynı sayıda piksele sahip.

Ancak görüntüler gözle görülür derecede farklı görünebilir.

Neden?

Çünkü piksel sayısı hikayenin sadece bir kısmı.

Optik sistem şunları etkiler:

Çözünürlük

Kontrast

Işık iletimi

Bozulma

Kromatik sapma

 Kenar keskinliği

Görüntü bütünlüğü

Bu nedenle daha iyi bir lens, sensörün halihazırda sahip olduğu pikselleri daha iyi kullanmasına yardımcı olabilir.

Bunu şu şekilde düşünün:

Boş kutularla dolu bir depo, daha fazla ürününüz olduğu anlamına gelmez.

Sensör size kutuları verir.

Mercek, içlerine ne kadar yararlı bilginin konulacağını belirlemeye yardımcı olur.

MTF: Lensin Sensörle Buluştuğu Yer

burasıMTF (Modülasyon Transfer Fonksiyonu)kullanışlı hale gelir.

MTF, bir optik sistemin kontrastı farklı ayrıntı düzeylerinde ne kadar etkili bir şekilde koruduğunu açıklar.

Pratik anlamını anlamak için optik mühendisi olmanıza gerek yok.

İyi MTF performansına sahip bir lens, kullanışlı kontrastla ince ayrıntıları koruyabilir.

MTF performansı zayıf olan bir lens, bu ayrıntıları giderek zayıflayan ve bulanıklaşan desenlere dönüştürebilir.

Bu, piksel boyutlarının çok küçük olabildiği modern sensörlerde özellikle önem kazanmaktadır.

Bir sensör teknik olarak çok sayıda piksele sahip olabilir, ancak lens yeterince uzamsal ayrıntıyı çözemezse bu pikseller verimli bir şekilde kullanılmıyor demektir.

Bu, iyi tasarlanmış bir optik sistemin, sensörün kendisi değişmemiş olsa bile bazen kameranın "daha keskin" görünmesini sağlamasının nedenlerinden biridir.

Lens sensörü geliştirmiyor.

Sadece yolumuz azalıyor.

Daha Fazla Işık da Oyunu Değiştirebilir

Tek sorun çözünürlük değil.

Düşük ışık performansı, lens kalitesinin önemli olduğu başka bir alandır.

Daha büyük bir diyafram, sensöre daha fazla ışığın ulaşmasını sağlar.

Güvenlik gözetimi, dış mekan izleme, robot teknolojisi veya araç kameraları gibi uygulamalar için bu özellikle değerli olabilir.

Aynı sensörü kullanan iki kamerayı düşünün.

Biri nispeten küçük diyafram açıklığına sahip bir lens kullanır.

Diğeri ise daha iyi ışık toplama kapasitesine sahip, daha geniş diyafram açıklığına sahip bir lens kullanıyor.

Aydınlık bir ortamda fark dramatik olmayabilir.

Geceleri çok daha belirgin hale gelebilir.

İkinci kamera daha düşük kazanç seviyesini, daha iyi pozlamayı ve daha temiz görüntü bilgisini koruyabilir.

Bu, lensin sensörün gürültü özelliklerini iyileştirdiği anlamına gelmez.

Bu, lensin sensöre başlangıçta daha iyi bir optik sinyal verdiği anlamına gelir.

Ve bazen bu, savaşın yarısıdır.

Daha İyi Bir Lensin Yardımcı Olamadığı Yer

Bunu abartmamak önemlidir.

Daha iyi bir lensin sınırları vardır.

Sensörde şunlar varsa:

Zayıf dinamik aralık

Yüksek okuma gürültüsü

Düşük kuantum verimliliği

Sınırlı renk performansı

Yetersiz piksel sayısı

lens bu sorunları tamamen çözemez.

Benzer şekilde, bir mercek düşük çözünürlüklü bir sensörü yüksek çözünürlüklü bir sensöre dönüştüremez.

Sensör donanım yazılımını gizlice yükseltmenin optik eşdeğeri yoktur.

Birisi buna söz verirse şüphelenin.

İyi optik mühendisliği, mucizeler yaratmakla değil, sistem performansını en üst düzeye çıkarmakla ilgilidir.

Gerçek Fırsat Sistem Eşleştirmesidir

En ilginç soru şu değil:

"Hangisi daha iyi, pahalı sensör mü yoksa pahalı lens mi?"

Bu:

“Lens ve sensör nasıl eşleştirilmelidir?”

Deneyimli optik tasarımın değerli hale geldiği yer burasıdır.

Bir lensin gerçek sensöre göre değerlendirilmesi gerekir:

Sensör formatı

Piksel boyutu

Aktif görüntü alanı

CRA gereklilikleri

Gerekli çözünürlük

Görüş alanı

Diyafram

Resim çemberi

Örneğin, son derece yüksek çözünürlüklü bir lensin nispeten düşük çözünürlüklü bir sensörle kullanılması çok az pratik fayda sağlayabilir.

Ancak uyumlu olmayan bir lensin yetenekli bir sensörle kullanılması, masada önemli bir performans bırakabilir.

Tatlı nokta arada bir yerdedir.

Maliyet Optimizasyonunun İlgi Çekici Olduğu Yer Burasıdır

Kamera üreticileri için bunun büyük bir ticari etkisi olabilir.

Bir ürünün katı bir Malzeme Listesi maliyeti dahilinde kalarak belirli bir görüntü kalitesi hedefine ulaşması gerektiğini düşünün.

Açık yaklaşım genellikle şudur:

"Daha iyi bir sensör alalım."

Bazen doğru cevap budur.

Ancak bazen daha iyi bir yaklaşım, görüntüleme sisteminin tamamına bakmaktır.

Daha iyi bir optik tasarım, daha uygun fiyatlı bir sensörün gerekli sonucu elde etmesine olanak sağlayabilir mi?

Daha geniş bir diyafram açıklığı, düşük ışık performansını, agresif görüntü işleme ihtiyacını azaltacak kadar iyileştirebilir mi?

Daha iyi uç performansı, sensör çözünürlüğünü artırmadan yapay zeka tespitini iyileştirebilir mi?

Daha iyi sensör-lens eşleşmesi, yalnızca daha fazla megapiksel eklemeden gerekli görüntü kalitesini sağlayabilir mi?

Bunlar çok daha ilginç mühendislik sorularıdır.

Ve ürün maliyeti üzerinde doğrudan etkileri olabilir.

İyi Bir Lens Daha Akıllı Yükseltme Olabilir

İşte bu yüzden bizBoshi Optikmerceği tek başına değerlendirmek yerine genellikle kameraya eksiksiz bir optik sistem olarak bakarlar.

Bir güvenlik kamerası, drone, otomotiv kamerası, robot, endüstriyel kamera veya tıbbi görüntüleme cihazının öncelikleri tamamen farklı olabilir.

En iyi optik çözüm mutlaka en pahalı çözüm değildir.

Sensöre iş için doğru türde bilgiyi veren odur.

Boshi Optics'te optik geliştirme ve üretim, güvenlik gözetimi, yapay zeka vizyonu, drone'lar, otomotiv görüntüleme, tıbbi cihazlar ve diğer görüntüleme sistemleri dahil olmak üzere uygulamaları kapsamaktadır. Bu uygulama odaklı yaklaşım, mühendislerin yalnızca en yüksek spesifikasyonu takip etmek yerine çözünürlük, diyafram açıklığı, görüş alanı, boyut, distorsiyon ve diğer gereksinimleri dengelemesine yardımcı olur.

Peki Daha İyi Bir Lens, Daha Ucuz Bir Sensörün Daha İyi Performans Göstermesini Sağlayabilir mi?

Evet ama önemli bir niteliği var.

Daha iyi bir lens, sensörü fiziksel olarak iyileştirmez.

Daha gerçekçi bir şey yapar:

Sensörün gerçek potansiyeline daha yakın performans göstermesine yardımcı olabilir.

İyi optikler, sensöre daha iyi ayrıntı, daha kullanışlı ışık, daha güçlü kontrast ve daha tutarlı görüntü kalitesi sunabilir.

Maliyete duyarlı kamera geliştirme için bu çok akıllı bir strateji olabilir.

Çünkü bazen cevap şu değildir:

“Daha pahalı bir sensör satın alın.”

Bazen:

"Sensörü vasat bir lensle çalıştırmayı bırakın."

Ve bu, bir sonraki kamera projesinin bir Malzeme Listesine kilitlenmesinden önce yapmaya değer bir konuşma.