Diese technische Evaluation im Rahmen des CHC 5-Kameraprojekts vergleicht die Bildverarbeitungs-, Farb- und Low-Light-Performance verschiedener CMOS-Bildsensoren gegen den Referenzsensor Sony IMX477. Unter kontrollierten Bedingungen (5600 K Farbtemperatur sowie Kalibrierung via Konica CL-200A Chromameter bei 20 Lux und 0,0 Lux) wurden die Sensoren IMX294 sowie IMX585 (in Mono- und Color-Varianten) analysiert.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Sony IMX585 (STARVIS 2) aufgrund seiner High-Gain-Conversion-Architektur (HGC) bei extremen Low-Light-Bedingungen (0,0 Lux) ein signifikant besseres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und eine präzisere Farbwiedergabe liefert als der IMX477. Letzterer neigt bei hoher digitaler Verstärkung zu starkem Bildrauschen und einem sensorspezifischen Magenta-Farbstich. Der großflächige IMX294 zeigt eine solide Leistung bei Standardbeleuchtung, ist im Low-Light-Bereich jedoch durch die Kennlinie des Auto-Exposure-Algorithmus limitiert. Zudem werden die Signalpfade für Bayer Raw 12, YUV, RGB 565 und RGB 888 sowie die Integration einer Hardware-Synchronisation (PTP/AUX) für zukünftige Zynq-7000 FPGA-Pipelines behandelt.
Wichtigste Punkte & Zeitstempel
0:01 Sensor-Evaluierung & Testziel: Systematischer Vergleich der Bildsensoren IMX294, IMX585 (Mono und Color) gegen die Branchenreferenz IMX477 bezüglich Latenz, Dynamikumfang und Rauschverhalten im CHC 5-System.
1:10 Kalibrierter Testaufbau: Aufbau mit zwei Kameras, Testobjekten zur Kontrastbewertung und umschaltbaren Lichtquellen (2700 K, 4000 K, 5600 K); Präzisionsmessung der Beleuchtungsstärke über das Konica CL-200A Chromameter.
2:42 Pipeline-Architektur & RAW-Formate: Demonstration von YUV-Streams mit angewendeter Gamma-Korrektur, AWB und Color Correction Matrix (CCM) sowie unkorrigiertem 12-Bit-Bayer-RAW. YUV bietet den höchsten Dynamikumfang im verarbeiteten Bereich, gefolgt von RGB 565 und RGB 888 (24 Bit/Pixel).
6:08 IMX294 Performanz-Analyse: Der IMX294 bietet eine größere Sensorfläche im 16:9-Format (gegenüber 4:3 beim IMX477). Bei Standardlicht sind die Ergebnisse identisch, bei Schwachlicht wirkt das Bild aufgrund konservativerer digitaler Gain-Grenzen dunkler als beim IMX477.
8:08 Low-Light-Grenzbereiche (0,0 Lux): Vergleichsmessungen bei nicht mehr messbarem Umgebungslicht (0,0 Lux am Chromameter). Der IMX477 zeigt bei maximalem Digital Gain ein starkes Rauschen und Sensor-Artefakte in Form eines Magenta-Farbschleiers (Magenta Haze).
10:47 IMX585 Mono (STARVIS 2): Der monochrome Sensor nutzt den High Gain Conversion (HGC) Modus und ermöglicht bei 0,0 Lux eine klare Rekonstruktion von Graustufen-Patches und Kanten ohne Farb-Demosaicing-Verluste.
12:39 IMX585 Color Low-Light-Überlegenheit: Die Farbvariante des IMX585 liefert bei 22 Lux und 0,0 Lux ein im Vergleich zum IMX477 weit überlegenes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), hohe Lesbarkeit von Texten und korrekte Farbtöne ohne Magenta-Fehler.
16:26 Sensor-Ausblick & FPGA-Synchronisation: Ankündigung weiterer Tests mit IMX283, IMX678, IMX565, IMX568 und dem 140-dB-HDR-Sensor Omnivision OX08B40 sowie Vorbereitung der Multi-Kamera-Synchronisation via PTP (IEEE 1588) und AUX-Hardwareleitungen auf Xilinx Zynq-7000 FPGAs.
Glossar
IMX477 / IMX294 / IMX585: Von Sony hergestellte CMOS-Bildsensoren für Industrie-, Überwachungs- und Embedded-Vision-Anwendungen.
STARVIS 2: Eine von Sony entwickelte Back-Illuminated (BSI) Pixel-Technologie mit erhöhtem Dynamikumfang und extrem hoher Empfindlichkeit im nahen Infrarot- und Schwachlichtbereich.
Bayer RAW: Das unkomprimierte, unverarbeitete Rohdatenformat eines Farbsensors, bei dem jedes Pixel nur Informationen für eine einzelne Primärfarbe (Rot, Grün oder Blau) erfässt.
YUV: Ein Farbraum, der die Helligkeit (Y, Luminanz) getrennt von den Farbinformationen (U/V, Chrominanz) überträgt, was eine effizientere Datenkompression und Dynamikbereichnutzung ermöglicht.
CCM (Color Correction Matrix): Eine 3x3-Transformationstabelle im Bildsignalprozessor (ISP), die Rohfarben des Sensors an standardisierte Farbräume (z. B. sRGB) anpasst.
AWB (Auto White Balance): Ein automatischer Algorithmus zur Anpassung der Farbkanäle, damit neutrale Objekte unter verschiedenen Licht-Farbtemperaturen weiß dargestellt werden.
HGC (High Gain Conversion): Ein hardwareseitiger Schaltkreis im Sensor, der bei sehr geringer Lichteinstrahlung die Ausleseverstärkung erhöht und das Ausleserauschen reduziert.
SNR (Signal-to-Noise Ratio / Rauschabstand): Das Verhältnis der Nutzsignalleistung zur Rauschleistung; ein höherer Wert bedeutet ein saubereres Bild.
PTP (Precision Time Protocol / IEEE 1588): Ein Netzwerkprotokoll zur hochpräzisen Zeitsynchronisation von Geräten im Sub-Mikroskundenbereich über Ethernet.
Zynq-7000: Eine System-on-Chip (SoC)-Familie von AMD/Xilinx, die einen ARM-Prozessorkern mit programmierbarer FPGA-Logik auf einem Chip vereint.
Lux: Die photometrische SI-Einheit für die Beleuchtungsstärke (Lumen pro Quadratmeter).