Al configurar una cámara, hay varias formas de hacer que la imagen sea más brillante: aumentar el tiempo de exposición, abrir el iris del objetivo o aumentar la ganancia analógica de la cámara. Cada aplicación suele tener límites para cada parámetro. Por ejemplo, aumentar el tiempo de exposición puede hacer que los objetos en movimiento sean demasiado borrosos para la imagen. Abrir la apertura del objetivo reducirá la profundidad de campo de la cámara (algunos objetivos tampoco tienen la capacidad de modificar su apertura). Y, al aumentar la ganancia analógica, aumentará el ruido en la imagen.
El experimento
En el siguiente experimento ajustamos la apertura de cada lente idéntica a f/16 para crear una escena oscura para las cámaras. A continuación, obtuvimos imágenes de un objetivo de resolución con dos cámaras diferentes (Lumenera Lt425C y Lumenera Lt965RC) para demostrar el impacto de la sensibilidad de una cámara en el tiempo de exposición y la ganancia necesarios para lograr resultados similares. Debido a que trabajamos con una escena oscura, también podremos observar el impacto que la ganancia tiene en el ruido.
A continuación se muestra una tabla que compara ambas cámaras en las áreas relevantes que se exploraron.
La cámara Lumenera Lt425C tiene píxeles más grandes y, por lo tanto, es más sensible que la cámara Lumenera Lt965RC. Esto significa que requiere menos luz que el Lt965RC para producir una imagen de brillo similar con los mismos ajustes de cámara.
A continuación se muestran dos imágenes recortadas del objetivo de resolución tomadas con cada cámara. El fondo blanco del objetivo está resaltado por el rectángulo rojo en la imagen de configuración del experimento de arriba. Ambos fueron capturados con una ganancia analógica de 3,2 y una apertura de f/16. El tiempo de exposición utilizado para el Lt425C fue de 23,5 ms y 91 ms para el Lt965RC. Se agregó una ganancia digital de 4 a ambas imágenes para ayudar al ojo humano a ver los datos visuales.
Como se esperaba, el Lt425C produce una imagen más ruidosa en un período de tiempo más corto, ya que es más sensible que el Lt965RC y tiene un nivel de ruido de lectura más alto.
Si surge una situación en la que el tiempo de exposición no puede superar una cierta duración, la ganancia analógica de la cámara tendría que aumentarse para crear dos imágenes de respuesta coincidente. Para ilustrar esto, el tiempo de exposición del Lt965RC se fijó en 23,5 ms y su ganancia aumentó a 9.2 para mantener el mismo nivel de brillo de la escena que la primera imagen capturada por el Lt425C. Los resultados de estos cambios se pueden ver a continuación en la imagen recortada de la misma área vista en las imágenes anteriores (ganancia digital de 4 añadida, una vez más).
Al comparar las tres imágenes, se puede ver que cuando se agrega ganancia a una imagen, el ruido también se amplifica. Esto se ve numéricamente por el aumento en el rango entre los valores de píxel mínimo y máximo, así como en la varianza de la imagen.
Resultados
Los resultados del experimento muestran que el aumento de una cámara de ganancia aumentará el ruido en la imagen. Dependiendo de la aplicación, esto puede ser una compensación aceptable en función de los requisitos de apertura y velocidad de obturación de la cámara. La única manera de reducir aún más el ruido es seleccionar una cámara con menos ruido.
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