Görüntü sensörü video gözetleme kalitesi için temeldir.
Bu bölümde ele alacak olduğumuz başlıklar :
- Imager(görüntüleyici) vs Sensor terminolojisi
- CCS vs CMOS
- Görüntüleyici (Imager) üreticileri
- Görüntüleyici vs Çözünürlük
- Görüntüleyici boyutları
- Piksel boyutu
- Görüntüleyici vs FoV genişliği
- Görüntüleyici vs Düşük ışık performansı
Gözetleme endüstrisinde, imager ve sensor veya image sensor (görüntü sensörü) birbirlerinin yerine kullanılmaktadır. Teknik olarak, görüntüleyici sensörün spesifik alt kümesini tanımlar. Gözetleme kameraları hakkında konuşurken, genel olarak görüntüleyici (imager) olarak ifade ederiz.
CCD vs CMOS:
Bir IP kamera tarafından görüntü yakalanırken, ışık lens aracılığı ile geçer ve görüntü sensörü üzerine düşer. Görüntü sensörü / imager, resim elementlerinden oluşur. Bunlar aynı zamanda pixel olarak da bilinir. Pikseller üzerine düşen ışığı alır. Alınan ışık miktarını karşılık gelen sayıda elektrona dönüştürürler. Işık ne kadar güçlüyse, o kadar electron oluşturulur. Elektronlar, voltaja dönüştürülür ve daha sonra bir A/D-dönüştürücü aracılığıyla sayılara dönüştürülür. Sayılardan oluşan sinyal, kamera içindeki elektronik devreler tarafından işlenir.
Renk filtreleme :
Görüntü sensörleri, aydınlıktan karanlığa, renk bilgisi olmadan alır. CMOS ve CCD görüntü sensörleri renk körü olduğu için, sensörün önündeki bir filtre, her bir piksele renk tonlarını ataması için izin verir. İki yaygın renk yerleştirme (registration) metot bulunur. RGB (Red, Green, Blue) ve CMYG (Cyan, Magenta, Yellow, Green) . Kırmızı , Yeşil, Mavi temel renklerdir. Farklı kombinasyonlarla karışır, insan gözünün görebildiği renkleri oluşturur.
Kırmızı-yeşil ve yeşil mavi filtre sıralarına sahip olan Bayer dizisi, en yaygın RGB renk filtresidir.
İnsan gözü yeşile diğer iki renge göre daha duyarlı olduğundan, Bayer dizisinde iki kat daha fazla yeşil renk filtresi bulunur.
Bayer dizisi sayesinde insan gözü daha fazla detay elde eder (filtrede 3 renk eşit kullanılma durumuna göre)
Soldaki bayer dizisi filtresi, sağdaki CMYG renk filtre dizisi
Rengi filtrelemenin veya kaydetmenin başka bir yolu da tamamlayıcı renkleri (cam göbeği, macenta ve sarı) kullanmaktır.
CMYG renk dizisi genellikle interlaced CCD görüntü sensörlerinde kullanılırken, RGB sistemi öncelikle aşamalı tarama görüntü sensörlerinde kullanılır.
CCD teknolojisi :
Bir CCD sensör, sensörün piksellerine düşen ışık (yük) çipten bir çıkış düğümü veya yalnızca birkaç çıkış düğümü aracılığıyla aktarılır. Işık (yük) voltaj seviyelerine dönüştürülür, tamponlanır ve analog sinyal olarak gönderilir. Bu sinyal daha sonra yükseltilir ve sensörün dışında bir A/D dönüştürücü kullanılarak sayılara dönüştürülür.
CCD sensörlerin dezavantajları, sensör dışında daha fazla elektronik devre gerektiren analog bileşenler olmaları, üretimlerinin daha pahalı olması ve CMOS sensörlerinden 100 kata kadar daha fazla güç tüketebilmeleridir. Artan güç tüketimi kamerada ısınma problemine yol açar ve bu durumda görüntü kalitesi negatif etkiler.
CCD sensörleri ayrıca daha yüksek bir veri hızı gerektirir, çünkü her şey yalnızca bir çıkış yükselticisinden veya birkaç çıkış yükselticisinden geçmek zorundadır.
CMOS Teknolojisi :
Önceleri, görüntüleme amacı için sıradan CMOS yongaları kullanıldı ancak düşük ışık duyarlılığı nedeniyle görüntü kalitesi zayıftı. Modern CMOS sensörler daha özel bir teknoloji kullanır ve sensörlerin kalitesi ve ışık hassasiyeti son yıllarda hızla artmıştır.
CMOS yongalar birçok avantaja sahiptir. CCD sensörün aksine, CMOS chip yükseltici ve A/D dönüştürücü birleştirir. (bir görüntü oluşturmak için gereken tüm mantığı içerdiğinden kameraların maliyetini düşürür.)
Her CMOS pikseli dönüştürücü elektroniği içerir. CCD sensörlere göre kıyaslandığında, CMOS sensörler daha iyi entegrasyon olasılıklarına ve daha fazla fonksiyona sahiptir. Fakat, yonga içindeki bu ilave devreler gürültüye neden olabilir. Şeritler ve diğer desenler gibi.
CMOS sensörleri, daha hızlı yük okuma, daha düşük güç tüketimi, daha yüksek gürültü bağışıklığı ve daha küçük bir sistem boyutuna sahiptir.
Üretimde CMOS sensörün kalibrasyonu, eğer gerekliyse, bir CCD sensörün kalibrasyonundan daha zor olabilir. Ama teknoloji gelişimi CMOS sensörleri kalibrasyonunu daha kolay yaptı ve bugün bazıları hatta kendini kalibre edebiliyor.
HDTV ve megapiksel sensörler :
Megapiksel CMOS sensörler yaygın olarak kullanılıyor ve erişilebilir, genellikle megapiksel CCD sensörlerden daha ucuz.
Megapiksel kameralardaki birçok sensörün boyutu genellikle 640×480 piksel çözünürlüğe sahip VGA sensörlerine benzer. Bir megapiksel sensör, bir VGA sensöründen daha fazla piksel içerdiğinden, bir megapiksel sensördeki her pikselin boyutu, bir VGA sensöründen daha küçük olur. Sonuç olarak, piksel boyutu daha küçük olduğundan ve bir nesneden yansıyan ışık daha fazla piksele yayıldığından, bir megapiksel sensör bir VGA sensöründen tipik olarak piksel başına ışığa daha az duyarlıdır.
http://turk-iot.com/goruntu-sensoru-boyutu-ve-cozunurluk-ile-iliskisi/
Ana Farklılıklar :
Bir CMOS sensör yükseltici, A/D dönüştürücü ve ilave işlemler için devreleri içerirken, CCD sensörlü bir kamera, bir çok sinyal işleme fonksiyonları sensörün dışında gerçekleştirilir. CMOS sensörler, CCD’ye göre daha düşük güç tüketimine sahiptir. Bu yüzden kamera içindeki sıcaklık düşük kalır. CCD sensörlerinin ısınma problemi paraziti arttırır. Ama diğer yandan, CMOS sensörler yapısal gürültü sorunu vardır.
CCD sensör genellikle sensör başına yük->voltaj dönüştürücüsüne sahipken, CMOS sensör piksel başına sahiptir.
Günümüzde 2022’de gerçekte tüm video gözetleme kameraları en iyisinden en kötüsüne CMOS kullanır. 10 yıl önce durum böyle değildi, CCD görüntüleyici dominant iken.
CCD bir zamanlar “daha iyi” olduğu için, CMOS’a karşı bir önyargı devam ediyor ve bazıları hala en iyi performans için CCD’leri kullanmanız gerektiği görüşünde. Ancak bu yanlıştır ve pratik olarak imkansızdır. Yalnızca CCD görüntüleyicileri seçerseniz, ‘en iyi’ marka ve modeller de dahil olmak üzere neredeyse tüm modern güvenlik kameralarını ortadan kaldırırsınız.
Halen günümüzde bazı spesifik uygulamalarda CCD görüntüleyici kullanılır. Örneğin plaka tanıma, machine vision gibi. Ancak bu uygulamalarda bile CMOS kullanımında artış görülüyor.
Görüntüleyici üreticileri :
Yalnızca birkaç tane büyük gözetleme endüstrisi için görüntüleyici üreten üretici vardır. Omnivision, Aptina, ve Sony
- Omnivision,
- Aptina
- Sony
Kamera üreticileri gibi, görüntüleyici üreticileri de farklı boyut, maksimum çözünürlük, kare hızı ve WDR özelliklerine sahip bir dizi model sunar.
Görüntüleyici bilgisi gizli tutuluyor:
Kamera üreticileri hangi görüntüleyici üreticisini kullandıklarını, hangi modelini kullandıklarını genellikle paylaşmaz, gizler. Bu yüzden iki kamerayı görüntü sensörleri bazında kıyaslamak kolay değildir. Bazıları hangi görüntüleyici üreticisini kullandığını, ürün datasheet’inde yazar ancak model yazmaz. Fakat, görüntüleyici üreticisini biliyor olmak çok anlamlı değil, çünkü üreticilerin onlarca modelleri var. Dahası, iki kameranın aynı görüntüleyici kullandığını biliyor olsan bile, ayarlama, kodlama ve sıkıştırmadaki farklılıklar yine de ciddi kalite farklılıklarına neden olabilir.
Görüntüleyici/Görüntü sensörü ve Kamera çözünürlükleri farklı olabilir :
Görüntü sensörlerinin desteklediği maksimum çözünürlükler farklıdır. 1080p,5Mpx,4K gibi. Kameralar, görüntü sensörünün desteklediği maksimum çözünürlükten daha fazla stream çözünürlüğü sağlayamaz. Ancak, bir kameranın çözünürlüğü de,görüntü sensörünün çözünürlüğü kadar olmayabilir. Daha düşük olabilir.
Örneğin, 6Mpx sensörlü bir kameranın maksimum stream çözünürlüğü 5MPx olabilir ya da 12MP sensör bir kamera 4K çözünürlüklü stream verebilir. Bu sıklıkla SoC’nin (system on chip) kısıtından dolayıdır. (bazı özellikler aktifleştirildiğinde, maksimum çözünürlükte stream yapamayabilir)
Tipik Görüntü sensörü boyutları :
Görüntü sensörleri / görüntüleyiciler, çok büyük (DSLR kameralar) olabileceği gibi çok küçükte olabilir. (telefon kamerası gibi)
Gözetleme kamerası görüntü sensörleri ara bir değerdedir. Telefon üzerindeki kameranın görüntüleyicisinden daha büyüktür.
Günümüzde, güvenlik endüstrisinde / gözetleme endüstrisinde kullanılan kameraların %95’i 1/2″ ve 1/3” aralığındadır. Gözetlemede en yaygın görüntüleyici boyutları 1/2.8”, 1/2.7” ve 1/3” ‘tir. Önceleri daha düşük çözünürlüklü modeller (720p / 1.3Mpx ve altı) sıklıkla 1/4″ daha küçük görüntü sensörleri kullanmaktaydı.
1/2”+ Görüntü Sensörleri daha yaygın olmaya başladı
Önceleri, 1/2″ ya da daha büyük görüntü sensörü kullanan kameralar nadirdi ve pahalıydı. Fakat, geçen birkaç yılda, bu modeller yaygın oldu. Şu anda birçok üretici high end 1080p modellerinde 1/1.8” , 1/1.7” ya da 1/2” gibi modeller sunuyor. (Ultra düşük ışık koşullarını hedefleyen modeller)
İlave olarak, daha yüksek çözünürlükler 5-6Mpx modeller 1/2″ veya biraz daha büyük görüntü sensörleri kullanımları daha yaygındır. Daha büyük görüntü sensörü bu tip yüksek çözünürlüklü kameralarda, düşük ışık performansına katkıda bulunur. (Çünkü her bir piksel daha büyük olduğu için)
http://turk-iot.com/v-kalkuleyt/image_sensor_size.php#
Daha geniş fotoğrafçılıkta kullanılan görüntüleyiciler Gözetlemede nadiren kullanılır
Ilave olarak, bazı kamera üreticileri fotoğrafçılıkta kullanılan daha geniş görüntü sensörlerini (görüntüleyici/imager) gözetleme kameralarında kullanmaya başladı. Ancak bu modeller halen çok nadir.
1/1.8” boyutundan daha büyük görüntü sensörleri gözetleme kameralarında nadirdir.
Hikvision DarkfighterX, Dahua Polarlight, IPC-HF8835F (dahuasecurity.com) , Axis Q1659, 8K Camera TNB-9000 | Hanwha Techwin Europe (hanwha-security.eu) v.b.
Görüntü sensörü boyu datasheet’lerde açıklanıyor
Görüntü sensörü üreticisi bilgisi aksine, görüntü sensörü boyu kamera üreticileri tarafından belirtilmektedir.
Axis P1455-LE
Pelco Sarix IBE
NOT : Diğer donanım spec’leri gibi, büyük görüntü sensörü daha iyidir diye düşünmek her zaman doğru sonucu vermeyebilir. (birçok diğer faktör görüntü performansını etkiler)
Piksel boyutu :
Görüntü sensörleri piksel boyutları açısından farklıdır. Piksel boyu birimi mikrondur. Piksel boyu, görüntü sensörü boyu ve piksel sayısı olmak üzere 2 veri ile hesaplanabilir. Daha büyük görüntü sensörü, diğer herşey eşitse, daha büyük piksel boyu. Fakat, aynı sensör üzerine daha fazla piksel eklenirse (örneğin 2mpx -> 4K), piksel boyu küçülür.
http://turk-iot.com/v-kalkuleyt/image_sensor_size.php# adresinden piksel boyunu sensör boyu ve çözünürlüğü seçerek hesaplayabilirsiniz.
Birçok kişi daha büyük piksel boyunu tercih eder. Diğer herşeyin eşit olduğu durumda, daha büyük piksel boyu daha fazla ışık toplar. Bu yüzden daha parlak daha iyi düşük ışık görüntüsü elde eder. Fakat, diğer birçok faktör düşük ışık performansını etkiler. Bu yüzden piksel boyu bazında bir kameranın diğerine göre iyi olduğunu kolaylıkla bir parametre (piksel boyu) ile söyleyemeyiz. Ama piksel boyunun büyük olması bir avantajdır.
Aynı zamanda, piksel boyu hemen hemen kamera üreticileri tarafından açıklanmaz ve teknik dokümanlarda yazılmaz. Kendiniz hesaplamanız gerekiyor. http://turk-iot.com/v-kalkuleyt/image_sensor_size.php#
4K Kameralar Genellikle Daha küçük piksel boyutuna sahip oluyor
4K kameralar yaygınlaşıyor. 1080p kameralara göre toplam piksel sayısı 4 kat daha fazla ve 4K kameraların görüntü sensörleri genellikle 1080p’den daha büyük olmasına rağmen, tipik olarak 4K kameraların piksel boyu daha küçüktür. Bu durum düşük ışık performansına zarar verebilir.
Görüntü sensörü boyu vs FoV genişliği :
Görüntü sensörü boyu, görüş açısında ve FoV genişliğinde çok büyük çarpan gücüne sahip değildir. FoV’un ana belirleyicisi lens odak uzunluğudur. (3mm,12mm,18mm gibi)
Ancak , her şeyin eşit olduğu durumda, daha büyük görüntü sensörü daha geniş açı sağlar.
Bkz. http://turk-iot.com/ppm-hesaplamasi/ lens odak uzunluğu terimi.
| Lens focal length / odak uzunluğu : lens ile sensör arasındaki fiziksel mesafedir. |
Görüntü sensörü vs KODEK :
Görüntü sensörünün videoyu sıkıştırmakla hiçbir ilgisi yoktur (ör. H.264, MJPEG, vb.).
Görüntü sensörü, yakaladıklarına göre görüntü kalitesini kesinlikle etkileyebilir, ancak görüntü sensörü, bunu gerçekleştirmek için sıkıştırılmamış videoyu bir kodlayıcıya(encoder) / Yonga Üzerinde Sisteme (SoC) gönderir.
Görüntü sensörü vs Düşük Işık performansı :
Görüntü sensörü büyüdükçe, düşük ışık performansı iyileşir. Tabi ki daha büyük görüntü sensörü yardımcı olsa da, diğer kilit sürücülerde düşük ışık performansında etkilidir.
Yeni 1/1.8” düşük ışık koşulları için tasarlanmış kameralar , 1/3” 1080p kameralardan çok daha iyidir.
Birçok 4K kameranın 1/2″ veya daha büyük görüntüleyicileri vardır, ancak piksel boyutu oldukça küçük olduğu için düşük ışıkta yine de kötüdür ve kameralar bu tür büyük çözünürlükleri geliştirmek için işlem gücünden yoksundur, ancak bu durum bazı durumlarda değişmiştir ve devam etmektedir.
