[Sharing Praktis] Artikel ini akan membantu Anda memahami sensor gambar CMOS (Sensor) dan lensa modul kamera

1.Sensor gambar CMOS (Sensor)

1.1 Ukuran sensor

Ukuran sensor merupakan indikator utama untuk mengukur ukuran area fotosensitifnya, biasanya dinyatakan dalam panjang diagonal dalam inci. Rasio aspek umumnya 4:3, tetapi karena alasan historis, 16 mm pada sensor didefinisikan sebagai 1 inci. Semakin besar ukuran sensor, semakin kuat kemampuannya menangkap cahaya, sehingga menghasilkan gambar berkualitas lebih tinggi.

Ukuran sensor yang umum meliputi 4/3 inci, 1 inci, 2/3 inci, 1/1,8 inci, 1/2 inci, 1/2,5 inci, 1/3 inci, dan 1/4 inci. Seiring dengan mengecilnya ukuran, lebar dan tinggi aktualnya juga akan mengecil, yang memengaruhi kemampuannya menangkap cahaya dan menghasilkan gambar.

Ukuran (inci)

Lebar sebenarnya mm	Tinggi sebenarnya mm	Panjang diagonal
4/3"	18	13.5	22.5
1"	12.8	9.6	16
2/3"	8.8	6.6	11
1/1,8"	7.11	5.33	8.89
1/2"	6.4	4.8	8
1/2,5"	5.75	4.32	7.19
1/3"	4.8	3.6	6
1/4"	3.2	2.4	4

1.2 Antarmuka Sensor Gambar CMOS

Jenis antarmuka sensor gambar CMOS terutama meliputi MIPI, DVP, dan LVDS. Antarmuka MIPI adalah antarmuka serial berkecepatan tinggi yang digunakan untuk mengirimkan data gambar dan sinyal kontrol, dengan keunggulan konsumsi daya rendah, bandwidth tinggi, dan kemampuan anti-interferensi yang kuat. Antarmuka DVP adalah antarmuka paralel yang mengirimkan data gambar secara bersamaan melalui beberapa jalur data. Antarmuka ini relatif lambat, tetapi biayanya rendah. Antarmuka LVDS adalah antarmuka serial diferensial yang digunakan untuk mengirimkan data gambar berkecepatan tinggi, cocok untuk transmisi jarak jauh dan aplikasi berkecepatan tinggi.

1.3piksel

Piksel adalah unit dasar sensor gambar, yang menentukan resolusi dan kejernihan gambar. Secara umum, semakin tinggi pikselnya, semakin tinggi pula resolusi gambarnya dan semakin kuat pula kemampuannya untuk mengekspresikan detail. Akan tetapi, piksel yang terlalu tinggi juga dapat menyebabkan peningkatan noise gambar dan penurunan kemampuan pemrosesan gambar.

2. Lensa

2.1Penjelasan rinci tentang parameter lensa optik

EFL (Panjang Fokus Efektif) Panjang fokus efektif

Jarak dari pusat lensa ke titik fokus. Panjang fokus gambar mengacu pada jarak dari permukaan utama gambar (permukaan utama belakang) ke titik fokus gambar (titik fokus belakang); panjang fokus objek mengacu pada jarak dari permukaan utama objek (permukaan utama depan) ke titik fokus objek (titik fokus depan).

●Catatan: Panjang fokus yang terlalu pendek akan menghasilkan bidang pandang yang besar, sehingga sulit untuk mengontrol distorsi dan sudut cahaya utama, pencahayaan relatif rendah, lengkungan lensa yang parah, dan aberasi yang sulit diperbaiki. Jika panjang fokus terlalu panjang, lensa akan terlalu panjang, yang tidak mendukung miniaturisasi sistem, dan bidang pandang terlalu kecil untuk memenuhi kebutuhan pengguna.

TTL (Total Track Length) Panjang total lensa

Panjang optik total mengacu pada jarak dari permukaan pertama lensa ke permukaan gambar. Panjang total mekanisme mengacu pada jarak dari permukaan ujung tabung lensa ke permukaan gambar. Pada produk lensa, umumnya mengacu pada mekanisme TTL.

BFL (Back Focal Length) Panjang fokus belakang optik

Jarak dari permukaan terakhir lensa dalam sistem optik ke permukaan gambar.

FFL (Panjang Fokus Depan) Panjang fokus optik depan

Jarak dari permukaan pertama lensa dalam sistem optik ke permukaan objek.

●Catatan: Harus dibedakan dari panjang fokus belakang mekanisme (FBL, terkadang dicampur dengan FFL, tetapi di sini secara khusus mengacu pada panjang fokus belakang mekanisme) atau panjang fokus flensa.

FBL/FFL (Panjang Fokus Flange) Mekanisme panjang fokus belakang (panjang fokus flange)

Jarak dari permukaan mekanisme terakhir kelompok lensa ke bidang gambar.

FOV (Field Of View) Bidang pandang

Bidang pandang maksimum yang dapat ditangkap lensa. Bidang pandang dapat dibagi menjadi bidang pandang diagonal (FOV-D), bidang pandang horizontal (FOV-H), dan bidang pandang vertikal (FOV-V). Bidang pandang diagonal adalah yang terbesar, bidang pandang horizontal adalah yang kedua, dan bidang pandang vertikal adalah yang terkecil.

●Rumus perhitungan: FOV-H=2tan(H/2D), FOV-V=2tan(V/2D), FOV-D=2tan[sqrt(H²+V²)/2D], di mana H adalah dimensi horizontal, V adalah dimensi vertikal, dan D adalah jarak dari pusat lensa ke objek.

F/NO. (Nomor F) Bukaan (Bukaan Relatif)

Rasio panjang fokus efektif terhadap diameter pupil masuk.

●Fungsi: Menentukan kecerahan lensa.

●Catatan: Dengan asumsi memastikan aperture yang sama, semakin pendek panjang fokus, semakin kecil aperture relatifnya. Umumnya, F/#=2,8, tetapi F/#=3,2 untuk desain chip tunggal. Semakin kecil F/#, semakin besar aperture-nya.

RI (Pencahayaan Relatif) Pencahayaan Relatif

Rasio pencahayaan sentral terhadap pencahayaan perifer.

●Catatan: Pencahayaan relatif yang terlalu rendah terwujud sebagai bagian tengah gambar yang lebih terang dan bagian sekitarnya yang lebih gelap, yang merupakan fenomena vignetting. Pencahayaan relatif yang terlalu rendah juga dapat menyebabkan distorsi warna. RI sebanding dengan COS⁴ (semi-FOV). Ketika RI < 50%, mata manusia dapat membedakan perbedaannya. Dalam kasus yang parah, fenomena "sudut yang hilang" akan muncul dengan keempat sudut gambar yang sepenuhnya hitam. Oleh karena itu, persyaratan dasar untuk RI adalah RI> 50%.

CRA (Sudut Sinar Utama) Sudut Sinar Utama

Sudut sinar utama adalah sudut antara sinar utama dan sinar sejajar. Sinar utama adalah sinar yang dipancarkan dari tepi objek, melewati pusat diafragma aperture dan akhirnya mencapai tepi gambar.

● Catatan: Sudut pancaran sinar utama yang tidak tepat akan menyebabkan vignetting yang parah, penurunan kontras, dan perubahan warna.

MTF (Fungsi Transfer Modulasi) 

Fungsi transfer modulasi optik Modulasi adalah rasio cahaya paling terang dikurangi cahaya paling gelap dengan cahaya paling terang ditambah cahaya paling gelap. Hasil M adalah kontras cahaya.

● Catatan: Rumus perhitungan yang diperlukan untuk Sensor MTF adalah Resolusi frekuensi penuh Sensor = 1000/2,8/2 = 179lp/mm (Ukuran Piksel 2,8um) atau 1/(Ukuran Piksel 2×). Resolusi adalah jumlah pasangan garis yang dapat dipisahkan per 1 mm, dalam satuan lp/mm.

Pemindaian Garis TV-Line

Jumlah garis yang dapat dipecahkan pada gambar horizontal layar dapat dikonversi berdasarkan resolusi. TV-Line=lp/mm×2×Lebar sensor.

 Suar/Hantu

Mengacu kepada gambar miniatur atau berkabut yang berlawanan yang terbentuk oleh hamburan cahaya acak pada bidang gambar dalam sistem optik, yakni, berkas non-pencitraan dalam sistem optik.

Parameter ini secara bersama-sama menentukan kinerja dan jangkauan aplikasi lensa optik. Saat memilih dan menggunakan lensa optik, parameter ini perlu dipertimbangkan secara komprehensif sesuai dengan skenario dan persyaratan aplikasi tertentu.

Ini adalah parameter pada lensa fokus tetap:

16mm: panjang fokus 16mm

IR: lensa inframerah

1/2'': ukuran sasaran 1/2''

5MP: resolusi lensa, piksel 500w

F4.0: ditulis juga sebagai F/4.0, koefisien bukaan, bukaan 4.0, panjang fokus/bukaan; dalam kondisi lain tidak berubah, semakin kecil koefisien bukaan, semakin besar fluks cahaya dan semakin terang gambar.

Ukuran permukaan target: sesuai dengan ukuran sensor, dan tidak boleh lebih kecil dari ukuran sensor. Jika lebih kecil dari ukuran sensor, akan ada sudut gelap.

Panjang fokus: Panjang fokus lensa fokus tetap bersifat konstan; semakin cembung lensa cembung, semakin kecil panjang fokusnya; semakin datar lensa cembung, semakin besar panjang fokusnya. Lensa zoom mengubah panjang fokus lensa dengan mengubah posisi relatif lensa di dalam lensa. Panjang fokus lensa didefinisikan sebagai jarak antara pusat optik lensa dan sensor gambar (atau bidang film) kamera saat memfokuskan pada jarak tak terhingga. Dalam beberapa kasus, jarak gambar setara dengan panjang fokus.

Nilai bukaan: F1,4, F2,0, F2,8, F4,0, F5,6, F8,0…, yang berikutnya adalah 1,4 kali (akar kuadrat 2) dari yang sebelumnya, dan fluks cahaya adalah setengah dari yang sebelumnya.

2.2 Pengaruh panjang fokus lensa dan bukaan pada kedalaman bidang

Jika aperture tetap tidak berubah, panjang fokus lensa berbanding terbalik dengan kedalaman bidang:

Semakin besar panjang fokus, semakin dangkal kedalaman bidang

Semakin kecil panjang fokus, semakin besar kedalaman bidang

Bila panjang fokus tetap tidak berubah, ukuran aperture berbanding terbalik dengan kedalaman bidang:

Semakin besar aperture, semakin besar pula kedalaman bidang pandang

Semakin kecil aperture, semakin besar kedalaman bidang pandang

2.3 Antarmuka lensa

Antarmuka berulir

Terbagi menjadi C-mount dan CS-mount, yang membedakannya adalah jarak flange (jarak dasar dudukan lensa ke fokus) yang berbeda, yakni jarak bawah lensa dengan Senor yang berbeda.

Jarak flensa dudukan C adalah 17,526 mm, sedangkan dudukan CS adalah 12,5 mm.

Menurut diameter antarmuka, dapat dibagi menjadi M12, M42, dst. M12 mengacu pada diameter antarmuka 12mm.

Dudukan baterai

Umumnya digunakan pada kamera SLR. Terbagi menjadi E-mount dan EF-mount, perbedaannya juga terletak pada jarak flens yang berbeda.

2.4 Panjang Lensa Total TTL

Panjang optik total mengacu pada jarak dari permukaan pertama lensa di lensa ke bidang gambar

Panjang total mekanisme mengacu pada jarak dari permukaan ujung laras lensa ke bidang gambar

Saat mengganti lensa, pertimbangkan apakah panjang total lensa sudah sesuai.

TTL memengaruhi posisi pemasangan. Bila TTL terlalu panjang, selongsong mungkin tidak cukup panjang, sehingga gagal dipasang; situasi ini terjadi saat kami mengganti lensa.

Ini adalah spesifikasi lensa, TTL = 16mm.

TTL: Total optical length, jarak dari permukaan pertama lensa ke bidang gambar

TFL: Panjang total lensa/panjang total mekanisme, jarak dari ujung laras lensa ke bidang gambar

EFL: Panjang fokus efektif

F/NO: Ukuran bukaan

FBL: Mekanisme fokus belakang (panjang fokus flensa), jarak dari permukaan mekanisme terakhir kelompok lensa ke bidang gambar

BFL (Back Focal Length): Panjang fokus belakang optik, jarak dari permukaan terakhir lensa ke bidang gambar

FOV: FOV horisontal, FOV vertikal, FOV diagonal

Kepala Ray Agnle: Sudut insiden utama

Ulir: Ukuran sekrup, diameter M8 8mm, pitch ulir P0.35 0.35mm

Konstruksi: Struktur, 4G+IR+Logam, 4 kaca 4 lensa kaca, filter inframerah, rumah logam

Resolusi: Resolusi, LP/mm, Pasangan garis per milimeter, pasangan garis per milimeter; misalnya 10 lp/mm berarti ada 10 pasang garis hitam dan putih dalam panjang 1mm, dan totalnya ada 20 garis hitam dan putih, jadi lebar setiap garis adalah 1/20 = 0,05mm

Bidang pandang FOV 2,5

FOV dipengaruhi oleh ukuran aperture; untuk lensa yang sama, semakin besar aperture, semakin besar FOV, dan semakin kecil aperture, semakin kecil FOV.

Pengaruh antara bidang pandang, bukaan, dan kedalaman bidang.

Semakin besar FOV, semakin kecil gambar pada jarak yang sama, dan semakin dangkal kedalaman bidang.

2.6 Panjang fokus setara

Bila ukuran yang ditangkap oleh sensor + lensa saat ini sama dengan ukuran yang ditangkap oleh kamera + lensa full-frame, yaitu bila bidang pandangnya sama, berapakah panjang fokus lensa saat memotret dengan kamera full-frame? Ini adalah panjang fokus ekuivalen, yaitu panjang fokus lensa yang digunakan untuk menangkap gambar dengan bidang pandang yang sama dengan kamera full-frame.

2.7 Bukaan

Apertur memengaruhi jumlah cahaya yang masuk. Semakin besar apertur, semakin banyak cahaya yang masuk, dan semakin terang gambarnya.

Aperture memengaruhi kedalaman bidang. Semakin besar aperture, semakin kecil kedalaman bidang.

Saat memilih lensa, Anda perlu menyeimbangkan jumlah cahaya yang masuk dan kedalaman bidang sesuai dengan pemandangan dan memilih lensa dengan bukaan yang sesuai.

Kebalikan dari aperture relatif (f/D) disebut angka F, juga disebut angka aperture, yang dicatat sebagai F/….

Jumlah cahaya yang masuk berbanding terbalik dengan kuadrat angka F, yaitu, jumlah cahaya yang masuk ke bukaan F4.0 adalah setengah dari F2.8, dan waktu pencahayaan perlu digandakan.

3. Prinsip pencitraan lensa

Jarak bayangan v: jarak dari lensa ke sensor

Jarak objek u: jarak dari objek ke lensa

Panjang fokus f: parameter panjang fokus lensa; lensa fokus tetap, panjang fokus tetap; lensa zoom, panjang fokus variabel

Fokus otomatis dan fokus otomatis: AF fokus otomatis, panjang fokus tidak berubah, menyesuaikan jarak gambar dan jarak objek (terutama jarak gambar); zoom fokus otomatis, menyesuaikan panjang fokus, jarak objek, dan jarak gambar tidak berubah

3.1 Prinsip pencitraan lensa cembung

Prinsip pencitraan lensa cembung mengacu pada pencitraan yang menggunakan prinsip pembiasan cahaya.

u>2f, f

u=2f=v: bayangan nyata terbalik dan sama besar

F <u 2f: bayangan nyata terbalik dan diperbesar (proyektor)

Rumus pencitraan: 1/u + 1/v = 1/f, hanya jika kondisi ini terpenuhi, bayangan yang jelas dapat terbentuk.

Pada kamera, biasanya u >>> v, jarak objek jauh lebih besar daripada jarak gambar. Oleh karena itu, dalam proses AF, perubahan kecil pada jarak gambar v dapat menyebabkan perubahan besar pada jarak objek u. Oleh karena itu, jarak yang didorong oleh VCM biasanya sangat pendek, tetapi dapat mengendalikan rentang gambar yang jelas dan luas.

Ukuran gambar:

Bila f tetap tidak berubah, jarak bayangan v bertambah, jarak objek u berkurang, dan bayangan menjadi lebih besar (u+v berkurang) (Bila VCM AF didorong keluar, titik jelas lebih dekat dan bayangan objek menjadi lebih besar)

Jika f tetap tidak berubah, maka jarak bayangan v mengecil, jarak benda u bertambah, dan bayangan menjadi lebih kecil (u+v bertambah)

Kalau kita mengganti lensa dengan panjang fokus yang lebih panjang, jarak bayangan tetap tidak berubah dan jarak objek juga harus diperkecil; kalau tidak mau memperkecil jarak objek, maka jarak bayangan harus diperkecil.

3.2 Pengaruh cahaya yang berbeda pada panjang fokus

Cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda memiliki kecepatan perambatan dan indeks bias yang berbeda dalam medium, sehingga lensa yang sama memiliki panjang fokus yang berbeda untuk cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Ini disebut dispersi, yang sama dengan dispersi prisma. Semakin panjang panjang gelombang, semakin besar panjang fokusnya.

Rentang panjang gelombang berbagai warna cahaya tampak:

Merah: 770~622nm; Jingga: 622~597nm; Kuning: 597~577nm; Hijau: 577~492nm; Biru, Nila: 492~455nm; Ungu: 455~350nm.

Mari kita bahas secara rinci mekanisme pengoperasian kamera pengawas: Pada siang hari saat cahaya cukup, kamera akan mengambil dan menyajikan gambar video berwarna; saat malam tiba, kamera akan beralih ke mode inframerah untuk mengambil gambar malam. Perlu dicatat bahwa selama proses pengalihan IR CUT (filter pemutus inframerah) ini, fokus kamera sering kali berubah karena perubahan sifat cahaya, sehingga perlu dilakukan pemfokusan ulang untuk memastikan kejernihan gambar.

Untuk memenuhi kebutuhan pemantauan tanpa gangguan di segala cuaca, banyak tempat telah mengajukan persyaratan yang lebih tinggi untuk kinerja kamera – tidak hanya untuk dapat menyelesaikan tugas pemantauan dengan sangat baik di siang hari, tetapi juga untuk memberikan gambar yang jelas dan berkualitas tinggi di malam hari. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan semakin populernya kamera inframerah dan lampu inframerah, serta penurunan bertahap dalam harga kamera siang dan malam serta kamera warna definisi tinggi, produsen lensa telah membuka peluang pasar yang belum pernah terjadi sebelumnya. Dalam konteks inilah lensa kamera pengintai IR (inframerah) muncul.

Lensa IR, yang merupakan lensa yang dirancang khusus untuk pengawasan inframerah, menggunakan bahan kaca optik yang unik dan menggabungkan konsep desain optik mutakhir untuk berhasil menghilangkan masalah cahaya tampak dan pergeseran cahaya inframerah pada bidang fokus. Ini berarti bahwa cahaya tampak dan cahaya inframerah dapat difokuskan pada bidang yang sama di lensa, memastikan bahwa semua gambar dapat menyajikan kejelasan yang sangat baik. Selain itu, lensa IR juga menggunakan teknologi pelapisan multi-lapis khusus untuk secara signifikan meningkatkan transmisi cahaya inframerah. Oleh karena itu, kamera yang menggunakan lensa IR tidak hanya dapat mencapai jarak pemantauan yang lebih jauh saat memantau di malam hari, tetapi juga menghadirkan efek pemantauan yang lebih baik.

Untuk informasi lebih lanjut tentang modul kamera, silakan ikuti Doozx. Jika Anda memiliki kebutuhan kustomisasi modul terkait, Anda dapat Hubungi kami!