Przetwornik obrazu (ang. Image Sensor) to kluczowy element w kamerach przemysłowych, który przekształca światło wpadające przez obiektyw na sygnał elektryczny. Jest odpowiedzialny za jakość obrazu, rozdzielczość oraz zdolność kamery do pracy w różnych warunkach oświetleniowych.

Rodzaje przetworników w kamerach przemysłowych

1. CCD (Charge-Coupled Device):

   • Starsza technologia, która nadal znajduje zastosowanie w kamerach wymagających wysokiej jakości obrazu.
   • Charakteryzuje się lepszą czułością na światło i mniejszym szumem.
   • Wady: wyższe koszty produkcji, większe zużycie energii i niższa prędkość odczytu obrazu.

2. CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor):

   • Nowoczesna i bardziej popularna technologia stosowana w większości kamer przemysłowych.
   • Umożliwia szybszy odczyt obrazu, jest bardziej energooszczędna i tańsza w produkcji.
   • Nowoczesne przetworniki CMOS dorównują CCD pod względem jakości obrazu, a nawet je przewyższają w niektórych zastosowaniach.

Jak działa przetwornik w kamerach?

1. Zbieranie światła:

   • Przetwornik rejestruje światło wpadające przez obiektyw i koncentruje je na matrycy światłoczułej.

2. Konwersja na sygnał elektryczny:

   • Światło jest przekształcane w sygnał elektryczny, który jest proporcjonalny do intensywności światła.

3. Przetwarzanie sygnału:

   • Sygnał elektryczny jest zamieniany na obraz cyfrowy za pomocą procesora obrazu.

Parametry kluczowe dla przetworników

1. Rozdzielczość:

   • Określana liczbą pikseli na matrycy (np. 2 MP, 4K). Im więcej pikseli, tym wyższa szczegółowość obrazu.

2. Wielkość matrycy:

   • Mierzona w calach (np. 1/2.8″, 1/3″). Większa matryca zwykle oferuje lepszą jakość obrazu, szczególnie w warunkach słabego oświetlenia.

3. Czułość na światło:

   • Mierzona w luksach (lx). Niższa wartość oznacza lepszą wydajność w warunkach niskiego oświetlenia.

4. SNR (Signal-to-Noise Ratio):

   • Stosunek sygnału do szumu. Wyższy SNR oznacza mniej szumów i lepszą jakość obrazu.

5. Dynamic Range (Zakres dynamiczny):

   • Zdolność do rejestrowania szczegółów w bardzo jasnych i ciemnych obszarach jednocześnie.

Porównanie CCD i CMOS

Zastosowanie przetworników w kamerach przemysłowych

1. Monitoring zewnętrzny:

   • Wymaga przetworników o wysokiej czułości na światło i dużym zakresie dynamicznym (np. CMOS z technologią WDR).

2. Monitoring wewnętrzny:

   • Mniejsze matryce CMOS są wystarczające dla stabilnych warunków oświetleniowych.

3. Specjalistyczne zastosowania:

   • Kamery do monitoringu w nocy (z technologią IR) korzystają z przetworników o niskim poziomie szumów.
   • Przemysłowe systemy kontroli jakości używają przetworników wysokiej rozdzielczości.

Technologie wspierające przetworniki

1. WDR (Wide Dynamic Range):

   • Pomaga w rejestrowaniu szczegółów w miejscach o dużych różnicach w jasności, np. wejściach do budynków.

2. BSI (Backside Illumination):

   • Stosowane w przetwornikach CMOS, zwiększa ich czułość na światło poprzez przeniesienie układów elektronicznych na tył matrycy.

3. Starvis i Exmor (Sony):

   • Zaawansowane technologie przetworników CMOS, które oferują wysoką jakość obrazu nawet w słabych warunkach oświetleniowych.

Jak wybrać kamerę z odpowiednim przetwornikiem?

1. Rozważ warunki oświetleniowe:

   • Jeśli kamera ma działać w słabym świetle, wybierz urządzenie z matrycą o wysokiej czułości.

2. Określ wymagania rozdzielczości:

   • Dla dużych obszarów wybierz kamerę o wysokiej rozdzielczości, np. 4 MP lub 4K.

3. Zwróć uwagę na technologię:

   • Wybierz kamerę z technologią WDR, jeśli miejsce jest narażone na silne kontrasty oświetleniowe.

Podsumowanie

Przetwornik obrazu to serce każdej kamery przemysłowej, decydujące o jakości obrazu i skuteczności monitoringu. Wybór odpowiedniego przetwornika zależy od zastosowania, warunków oświetleniowych i budżetu. Nowoczesne przetworniki CMOS z zaawansowanymi technologiami, takimi jak WDR czy BSI, oferują doskonałe rozwiązania zarówno dla monitoringu wewnętrznego, jak i zewnętrznego.