Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Новые КМОП-сенсоры и их интеграция у разных производителей

В рубрику "All-over-IP" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Новые КМОП-сенсоры и их интеграция у разных производителей

С 2014 г. популярность КМОП-сенсоров неуклонно растет. Светочувствительные сенсоры на базе этой технологии постоянно совершенствуются как с точки зрения качества изображения, так и возможных областей применения. Сегодня эта волна популярности достигла и промышленных камер. Новое поколение КМОП-сенсоров значительно превосходит предыдущие модели по скорости работы, изображению и соотношению цены и качества, что позволяет добиться невиданной прежде производительности. Тем не менее для пользователей камер характеристики сенсора являются не единственным решающим фактором
Рене фон Финтель
Руководитель департамента управления продукцией компании Basler AG

Производители камер сталкиваются с задачей интеграции появившегося на рынке нового сенсора в новую модель камеры. Интеграция сенсора сопряжена с трудностями, которые не следует недооценивать, и может привести к неоднозначным результатам. В большинстве случаев, чтобы добиться максимальной отдачи от встраиваемых в камеры сенсоров, разрабатываются совершенно новые модели камер. Этот процесс может стать причиной значительных различий между предлагаемыми на рынке моделями камер, которые становятся заметны только при тестировании. Как следствие, возникает возможность "качественной" и "некачественной" интеграции сенсоров.


Как определить "качественную" интеграцию КМОП-сенсора? Несмотря на то что КМОП-сенсоры по своей сути отличаются более простым управлением и предлагают более удобные возможности обработки изображений по сравнению с ПЗС-сенсорами, для их "качественной" интеграции следует учитывать несколько важных факторов.

Оптимизация качества изображения

На изображении не должно быть шума с постоянным спектром (который проявляется в виде шахматного или полосного шаблона), дефектных пикселей или групп таких пикселей, а также мерцающих пикселей. Для предотвращения появления этих артефактов на изображении вычислительная мощность, предлагаемая аппаратными средствами камеры, как правило, должна соответствовать определенному уровню. Корректирующие механизмы, такие как алгоритмы компенсации паразитного сигнала, реализуются во встроенном программном обеспечении и должны характеризоваться высокой скоростью выполнения. Одной из задач является поддержание возможности съемки в режиме реального времени. Необходимый уровень вычислительной мощности можно получить, например, за счет комбинирования оперативной памяти и программируемой вентильной матрицы (FPGA). Это позволит избежать проблемы чрезмерной нагрузки на центральный процессор (ЦП) целевого компьютера или встраиваемой системы, возникающей в ходе коррекции изображения. В большинстве случаев почти все ресурсы процессора уже направлены на фактическую обработку изображения (анализ). Безусловно, пользователь не заинтересован в том, чтобы предварительная обработка изображения осуществлялась средствами стороннего программного обеспечения или потребления дополнительной вычислительной мощности.

Прочная и надежная установка сенсора в камере

Качество съемки должно быть стабильным на протяжении всего жизненного цикла камеры. Учитывая многообразие областей применения камер, эту характеристику не всегда просто гарантировать. Здесь потребуются меры, направленные на повышение надежности, которые следует реализовать уже на этапе отбора компонентов в ходе разработки камеры, а также в дальнейшем, в процессе производства аппаратных компонентов камеры. Поскольку предполагается, что камера будет эксплуатироваться на протяжении нескольких лет, она должна выдерживать стандартные стрессовые воздействия, такие как перепады температуры и вибрацию. Именно поэтому при производстве новых КМОП-сенсоров необходимо уделять особое внимание этим факторам. Новые сенсоры не только превышают сенсоры предыдущего поколения по размеру (> 2/3"), но и обеспечивают более высокую скорость съемки с более высоким разрешением. Сенсоры нового поколения также оснащаются большим количеством контактов, которые размещаются на той же площади с меньшим промежутком между ними. По сравнению с сенсорами предыдущих поколений процесс производства еще больше усложнился с точки зрения впаивания/вклеивания сенсора на плату.

Организация надежного управления

Каждый производитель сенсоров заносит собственные параметры в управляющие регистры, а в некоторых случаях особые параметры в регистрах задаются для каждого типа сенсоров. Чтобы обеспечить корректную работу сенсора, контроллером должны направляться корректные управляющие сигналы для определения настроек, таких как длительность экспозиции или активные зоны (AOI). Число необходимых параметров в регистрах может варьироваться от нескольких сотен до нескольких тысяч. Пользователям камер обычно нет нужды до такой степени разбираться в деталях. Они ожидают, что производитель реализует стандартизованное и простое управление настройками камер разных моделей. С точки зрения производителя это предполагает значительные усилия по интеграции, чтобы обеспечить соответствие встроенного программного обеспечения каждому сенсору. Основополагающим становится следующий принцип: полученный результат полностью зависит от настроек. Если пользователь задал в программном обеспечении конкретную длительность экспозиции, то сенсор должен экспонироваться точно в пределах этого времени и выполнить захват изображения в соответствии с ним. Любое другое поведение приведет к неудовлетворительным результатам. Так, если в API камеры было задано значение 100 мкс, то фактическая длительность экспозиции не должна оказаться 100 мкс + X. К сожалению, именно так происходит в камерах с "некачественной" интеграцией. Зачастую неудовлетворительная работа камеры становится очевидной только по итогам тщательного тестирования.


Кроме того, очень важно, чтобы при изменении того или иного параметра в приложении он применялся уже к следующему кадру, а не через несколько кадров. Такое поведение в особенности характерно для недорогих сенсоров со скользящим затвором. Его необходимо корректировать за счет модификации встроенного программного обеспечения камеры.

Обеспечение качества

Еще одной задачей интеграции для производителей камер является использование качественных сенсоров для обеспечения стабильного качества съемки. В таблице представлен обзор основных проблем качества и способов их устранения.


Некоторые проблемы качества проявляются только в незначительных отклонениях по шкале яркости или в микронном масштабе. По этой причине обнаружение и предотвращение таких ошибок представляет собой серьезную задачу для производителя камеры при разработке инструментов тестирования.


Само собой разумеется, конечный пользователь не всегда готов платить больше за лучшее качество. Одним из способов решения этой проблемы крупными производителями камер является создание разных линеек продукции, соответствующих разным стандартам качества.

Резюме

Чтобы провести превосходный концерт, необходимы высококачественные инструменты и гениальные исполнители. То же самое можно сказать о безупречной камере: качество изображения зависит не только от того, каким сенсором она оснащена. Огромную роль играет опыт производителя камеры в интеграции сенсора.

Современные КМОП-сенсоры предлагают множество преимуществ, но и характеризуются рядом недостатков, которые могут быть устранены только благодаря скрупулезной работе высококвалифицированных специалистов, за счет тщательной разработки электронных управляющих и передающих компонентов и реализации сложных алгоритмов коррекции в аппаратном обеспечении камеры. Другие важные факторы включают в себя простоту настройки камеры, а также используемые производителем камеры инструменты тестирования, которые позволяют гарантировать стабильное качество конечного продукта на основе непрерывного контроля качества и мониторинга производственных процессов.

Таким образом, при выборе камеры следует не только убедиться в том, что сенсор подходит для системы, – необходимо также проверить качество изображения и возможности настройки с учетом конкретных задач. Всю важную информацию, помимо характеристик в техническом паспорте, можно получить у производителя камеры.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2017
Посещений: 4208

  Автор

Рене фон

Рене фон Финтель

Старший продакт-менеджер
компании Basler AG

Всего статей:  2

В рубрику "All-over-IP" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций