Bei der Konfiguration einer Kamera gibt es verschiedene Möglichkeiten, das Bild heller zu machen: Erhöhen Sie die Belichtungszeit, öffnen Sie die Blende des Objektivs oder erhöhen Sie die analoge Verstärkung der Kamera. Jede Anwendung hat normalerweise Grenzen für jeden Parameter. Wenn Sie beispielsweise die Belichtungszeit erhöhen, können sich bewegende Objekte für das Bild zu unscharf werden. Wenn Sie die Blende des Objektivs öffnen, wird die Schärfentiefe der Kamera verringert (einige Objektive können ihre Blende auch nicht ändern). Durch Erhöhen der analogen Verstärkung wird das Rauschen im Bild erhöht.
Das Experiment
Im folgenden Experiment haben wir die Blende jedes identischen Objektivs auf f/16 eingestellt, um eine dunkle Szene für die Kameras zu erstellen. Anschließend haben wir ein Auflösungsziel mit zwei verschiedenen Kameras (Lumenera Lt425C und Lumenera Lt965RC) abgebildet, um den Einfluss der Empfindlichkeit einer Kamera auf die Belichtungszeit und die Verstärkung zu demonstrieren, die erforderlich sind, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. Da wir mit einer abgedunkelten Szene gearbeitet haben, können wir auch die Auswirkungen der Verstärkung auf das Rauschen beobachten.
Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, in der beide Kameras in den relevanten Bereichen verglichen werden, die untersucht wurden.
Die Lumenera Lt425C kamera hat größere pixel und ist daher empfindlicher als die Lumenera Lt965RC kamera. Dies bedeutet, dass es weniger Licht benötigt als der Lt965RC, um ein Bild mit ähnlicher Helligkeit bei gleichen Kameraeinstellungen zu erzeugen.
Unten sind zwei beschnittene Bilder des Auflösungsziels, die mit jeder Kamera aufgenommen wurden. Der weiße Hintergrund des Targets wird durch das rote Rechteck im obigen Experimentaufbau-Bild hervorgehoben. Sie wurden beide mit einer analogen Verstärkung von 3,2 und einer Blende von f / 16 aufgenommen. Die Belichtungszeit für den Lt425C betrug 23,5 ms und 91 ms für den Lt965RC. Beiden Bildern wurde eine digitale Verstärkung von 4 hinzugefügt, damit das menschliche Auge die visuellen Daten besser sehen kann.
Wie erwartet erzeugt der Lt425C in kürzerer Zeit ein lauteres Bild, da er empfindlicher als der Lt965RC ist und einen höheren Leserauschpegel aufweist.
Wenn eine Situation eintritt, in der die Belichtungszeit eine bestimmte Dauer nicht überschreiten kann, müsste die analoge Verstärkung der Kamera erhöht werden, um zwei Bilder mit übereinstimmender Empfindlichkeit zu erzeugen. Um dies zu veranschaulichen, wurde die Belichtungszeit des Lt965RC auf 23,5 ms eingestellt und seine Verstärkung auf 9 erhöht.2, um die gleiche Szenenhelligkeit wie das erste vom Lt425C aufgenommene Bild beizubehalten. Die Ergebnisse dieser Änderungen sind unten im zugeschnittenen Bild des gleichen Bereichs zu sehen, der in den vorherigen Bildern zu sehen war (digitale Verstärkung von 4 hinzugefügt).
Wenn man alle drei Bilder vergleicht, kann man sehen, dass, wenn einem Bild Verstärkung hinzugefügt wird, auch das Rauschen verstärkt wird. Dies zeigt sich numerisch an der Zunahme des Bereichs zwischen dem minimalen und maximalen Pixelwert sowie der Varianz des Bildes.
Die Ergebnisse
Die Ergebnisse des Experiments zeigen, dass eine Erhöhung der Verstärkung einer Kamera das Rauschen im Bild erhöht. Je nach Anwendung kann dies ein akzeptabler Kompromiss sein, basierend auf den Anforderungen der Blende und Verschlusszeit der Kamera. Die einzige Möglichkeit, das Rauschen weiter zu reduzieren, besteht darin, eine Kamera mit weniger Rauschen auszuwählen.
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