هل يمكن للعدسة الأفضل أن تجعل المستشعر الأرخص يعمل بشكل أفضل؟
إليك سؤال نسمعه كثيرًا بشكل مدهش في تطوير الكاميرا:
"إذا استخدمنا عدسة أفضل، فهل يمكننا الحصول على أداء أفضل من مستشعر أرخص؟"
الجواب الصادق هو:
نعم، ولكن ليس بالطريقة التي قد تفكر بها.
لا يمكن للعدسة الأفضل أن تحول مستشعر 5 ميجابكسل بطريقة سحرية إلى مستشعر 8 ميجابكسل. ولا يمكنه زيادة عدد وحدات البكسل الفعلية للمستشعر، أو تحسين نطاقه الديناميكي الأصلي، أو إزالة الضوضاء التي تأتي من المستشعر نفسه.
ولكن هناك جانب آخر للقصة.
يستطيع المستشعر تسجيل المعلومات البصرية التي تصل إليه فقط.
إذا كانت العدسة تقدم تفاصيل سيئة، أو تباينًا منخفضًا، أو إضاءة غير كافية، أو انحرافات يتم التحكم فيها بشكل سيئ، فحتى المستشعر الباهظ الثمن يُطلب منه العمل مع المعلومات المخترقة.
من ناحية أخرى، يمكن للعدسة المصممة جيدًا أن تساعد المستشعر ذي التكلفة المعقولة في استخراج المزيد مما هو قادر عليه بالفعل.
وهذا التمييز مهم للغاية عند تصميم كاميرا حساسة للتكلفة.
المستشعر لا يعمل بمفرده
من المغري التفكير في المستشعر باعتباره "محرك" الكاميرا.
في الواقع، نظام التصوير أقرب إلى الفريق.
تقوم العدسة بجمع الضوء وتنظيمه.
يقوم المستشعر بتحويل هذا الضوء إلى إشارات كهربائية.
يقوم مزود خدمة الإنترنت بمعالجة تلك الإشارات.
ثم يقوم البرنامج والذكاء الاصطناعي بتفسير الصورة الناتجة.
إذا كان أحد أجزاء السلسلة ضعيفًا، فيجب على المكونات الأخرى تعويضه.
والتعويض له حدود.
تخيل جهاز استشعار ميسور التكلفة قادر تمامًا على حل مستوى معين من التفاصيل.
الآن ضع عدسة ذات نوعية رديئة أمامها.
قد تقوم العدسة بطمس تلك التفاصيل قبل أن تصل إلى المستشعر.
لا يستطيع المستشعر تسجيل المعلومات التي لم يتم تسليمها إليه مطلقًا.
ولهذا السبب فإن شراء أغلى جهاز استشعار مع التعامل مع العدسة كمكون سلعي يمكن أن يكون استراتيجية غير فعالة بشكل مدهش.
العدسة الأفضل لا تضيف بكسلات. يجعل البكسلات أكثر فائدة.
هذه هي الفكرة الرئيسية.
لنفترض أن كاميرتين تستخدمان نفس المستشعر تمامًا.
تستخدم الكاميرا "أ" عدسة متوسطة الجودة.
تستخدم الكاميرا B نظامًا بصريًا أفضل.
مواصفات المستشعر لم تتغير.
كلاهما لا يزال لهما نفس عدد البكسل.
لكن الصور يمكن أن تبدو مختلفة بشكل ملحوظ.
لماذا؟
لأن عدد البكسل ليس سوى جزء من القصة.
يؤثر النظام البصري على:
القرار
التباين
انتقال الضوء
التشويه
انحراف لوني
حدة الحافة
توحيد الصورة
وبالتالي، يمكن للعدسة الأفضل أن تساعد المستشعر على الاستفادة بشكل أفضل من وحدات البكسل الموجودة لديه بالفعل.
فكر في الأمر بهذه الطريقة:
المستودع المليء بالصناديق الفارغة لا يعني أن لديك المزيد من المنتجات.
يمنحك المستشعر الصناديق.
تساعد العدسة في تحديد مقدار المعلومات المفيدة التي يتم وضعها بداخلها.
MTF: حيث تلتقي العدسة بالمستشعر
هذا هو المكانMTF (وظيفة نقل التعديل)يصبح مفيدا.
يصف MTF مدى فعالية النظام البصري في الحفاظ على التباين عند مستويات مختلفة من التفاصيل.
لست بحاجة إلى أن تصبح مهندسًا بصريًا لفهم المعنى العملي.
يمكن للعدسة ذات أداء MTF الجيد أن تحافظ على التفاصيل الدقيقة مع تباين مفيد.
قد تؤدي العدسة ذات أداء MTF الضعيف إلى تحويل هذه التفاصيل إلى أنماط ضعيفة وضبابية بشكل متزايد.
يصبح هذا مهمًا بشكل خاص مع أجهزة الاستشعار الحديثة، حيث يمكن أن تكون أحجام البكسل صغيرة جدًا.
قد يحتوي المستشعر من الناحية الفنية على عدد كبير من وحدات البكسل، ولكن إذا لم تتمكن العدسة من تحليل التفاصيل المكانية الكافية، فلن يتم استخدام تلك البكسلات بكفاءة.
وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل النظام البصري المصمم جيدًا يمكن أن يجعل الكاميرا تبدو "أكثر وضوحًا" في بعض الأحيان على الرغم من عدم تغيير المستشعر نفسه.
العدسة لا تقوم بترقية المستشعر.
إنه ببساطة يصبح أقل في الطريق.
المزيد من الضوء يمكن أن يغير اللعبة أيضًا
القرار ليس هو القضية الوحيدة.
يعد الأداء في الإضاءة المنخفضة مجالًا آخر حيث تكون جودة العدسة مهمة.
تسمح الفتحة الأكبر بوصول المزيد من الضوء إلى المستشعر.
بالنسبة لتطبيقات مثل المراقبة الأمنية، أو المراقبة الخارجية، أو الروبوتات، أو كاميرات المركبات، يمكن أن يكون ذلك ذا قيمة خاصة.
فكر في كاميرتين تستخدمان نفس المستشعر.
يستخدم المرء عدسة ذات فتحة صغيرة نسبيًا.
يستخدم الآخر عدسة ذات فتحة أكبر مع قدرة أفضل على جمع الضوء.
في بيئة مشرقة، قد لا يكون الفرق كبيرا.
في الليل، يمكن أن تصبح أكثر وضوحا.
قد تكون الكاميرا الثانية قادرة على الحفاظ على مستوى ربح أقل وتعريض أفضل ومعلومات صورة أكثر وضوحًا.
هذا لا يعني أن العدسة قامت بتحسين خصائص ضوضاء المستشعر.
وهذا يعني أن العدسة أعطت المستشعر إشارة بصرية أفضل للبدء بها.
وأحيانًا يكون هذا نصف المعركة.
حيث لا يمكن لعدسة أفضل أن تساعد
من المهم عدم المبالغة في هذا.
العدسة الأفضل لها حدود.
إذا كان المستشعر يحتوي على:
نطاق ديناميكي ضعيف
ضوضاء قراءة عالية
انخفاض الكفاءة الكمية
أداء محدود للألوان
عدد البكسل غير كافٍ
ولا يمكن للعدسة أن تحل هذه المشاكل بشكل كامل.
وبالمثل، لا تستطيع العدسة تحويل مستشعر منخفض الدقة إلى مستشعر عالي الدقة.
لا يوجد مكافئ بصري لترقية البرامج الثابتة للمستشعر سرًا.
إذا وعدك أحد بذلك، كن متشككًا.
الهندسة البصرية الجيدة تدور حول تعظيم أداء النظام، وليس تحقيق المعجزات.
الفرصة الحقيقية هي مطابقة النظام
السؤال الأكثر إثارة للاهتمام ليس:
"أيهما أفضل، المستشعر الباهظ الثمن أم العدسة الباهظة الثمن؟"
إنها:
"كيف يجب أن تتم مطابقة العدسة والمستشعر؟"
هذا هو المكان الذي يصبح فيه التصميم البصري ذي الخبرة ذا قيمة.
يجب تقييم العدسة وفقًا للمستشعر الفعلي:
شكل الاستشعار
حجم البكسل
منطقة الصورة النشطة
متطلبات CRA
الحل المطلوب
مجال الرؤية
الفتحة
دائرة الصورة
على سبيل المثال، قد يوفر استخدام عدسة عالية الدقة للغاية مع مستشعر منخفض الدقة نسبيًا فائدة عملية قليلة.
لكن استخدام عدسة غير متطابقة مع مستشعر قادر يمكن أن يترك أداءً كبيرًا على الطاولة.
المكان الجميل هو في مكان ما بينهما.
هذا هو المكان الذي يصبح فيه تحسين التكلفة أمرًا مثيرًا للاهتمام
بالنسبة لمصنعي الكاميرات، يمكن أن يكون لهذا تأثير تجاري كبير.
تخيل أن المنتج يحتاج إلى تحقيق هدف محدد لجودة الصورة مع البقاء ضمن تكلفة قائمة مكونات الصنف (BOM) الصارمة.
النهج الواضح في كثير من الأحيان هو:
"دعونا نشتري جهاز استشعار أفضل."
في بعض الأحيان هذا هو الجواب الصحيح.
لكن في بعض الأحيان يكون النهج الأفضل هو النظر إلى نظام التصوير بأكمله.
هل يمكن للتصميم البصري الأفضل أن يسمح لمستشعر بسعر معقول بتحقيق النتيجة المطلوبة؟
هل يمكن للفتحة الأكبر تحسين الأداء في الإضاءة المنخفضة بما يكفي لتقليل الحاجة إلى معالجة الصور القوية؟
هل يمكن لأداء الحافة الأفضل تحسين اكتشاف الذكاء الاصطناعي دون زيادة دقة المستشعر؟
هل يمكن لمطابقة عدسة الاستشعار بشكل أفضل أن توفر جودة الصورة المطلوبة دون إضافة المزيد من وحدات الميجابكسل؟
هذه أسئلة هندسية أكثر إثارة للاهتمام.
ويمكن أن يكون لها تأثير مباشر على تكلفة المنتج.
يمكن أن تكون العدسة الجيدة هي الترقية الأكثر ذكاءً
هذا هو السبب في أننا فيبصريات بوشيغالبًا ما ينظرون إلى الكاميرا باعتبارها نظامًا بصريًا كاملاً بدلاً من تقييم العدسة بمعزل عن غيرها.
قد يكون للكاميرا الأمنية أو الطائرة بدون طيار أو كاميرا السيارات أو الروبوت أو الكاميرا الصناعية أو جهاز التصوير الطبي أولويات مختلفة تمامًا.
الحل البصري الأفضل ليس بالضرورة هو الحل الأكثر تكلفة.
إنه الذي يمنح المستشعر النوع المناسب من المعلومات للمهمة.
في Boshi Optics، يغطي التطوير البصري والتصنيع التطبيقات بما في ذلك المراقبة الأمنية، ورؤية الذكاء الاصطناعي، والطائرات بدون طيار، وتصوير السيارات، والأجهزة الطبية، وأنظمة التصوير الأخرى. يساعد هذا النهج المبني على التطبيقات المهندسين على تحقيق التوازن بين الدقة والفتحة ومجال الرؤية والحجم والتشوه والمتطلبات الأخرى بدلاً من مجرد السعي للحصول على أعلى المواصفات.
إذًا، هل يمكن للعدسة الأفضل أن تجعل المستشعر الأرخص يعمل بشكل أفضل؟
نعم، ولكن بمؤهل مهم.
العدسة الأفضل لا تعمل على تحسين المستشعر فعليًا.
إنه يفعل شيئًا أكثر واقعية:
يمكن أن يساعد المستشعر على الأداء بشكل أقرب إلى إمكاناته الفعلية.
يمكن أن توفر البصريات الجيدة تفاصيل أفضل وإضاءة أكثر فائدة وتباينًا أقوى وجودة صورة أكثر اتساقًا للمستشعر.
بالنسبة لتطوير الكاميرات الحساسة للتكلفة، يمكن أن تكون هذه استراتيجية ذكية للغاية.
لأن الإجابة في بعض الأحيان لا تكون:
"شراء جهاز استشعار أكثر تكلفة."
في بعض الأحيان يكون:
"توقف عن جعل المستشعر يعمل بعدسة متواضعة."
وهذه محادثة تستحق إجراءها قبل أن يتم قفل مشروع الكاميرا التالي في قائمة مكونات الصنف (BOM).
