Насколько близки цифровые датчики к усилителям изображения «ночного видения»?

Question

Традиционно предназначенные для использования в военных целях, трубки-усилители изображения (например, оптические приборы ночного видения) являются постоянно дорогими аналоговыми устройствами для усиления света.

Для невоенных применений их в значительной степени обгоняет «цифровое ночное видение», которое по сути представляет собой обычный CMOS-датчик CCD или ПЗС стоимостью менее $ 100 без инфракрасного фильтра, как правило, дополненный активными почти инфракрасными осветителями.

Учитывая, что современный усилитель изображения (который можно назвать 4G или Gen3 + ) начинается с 3000 долларов, мне интересно: Насколько близко соответствуют ли существующие датчики цифровых камер характеристикам аналоговых усилителей, и есть ли теоретический предел, который не позволил бы датчику CMOS или CCD обычного размера соответствовать характеристикам аналогового усилителя при слабом освещении?

Я не уверен, как сравнить характеристики производительности аналоговых усилителей с «черно-белым» цифровым датчиком. Например, современные технические характеристики усилителя включают в себя:

• 64lp / мм (пары линий на мм) разрешение
• Сигнал / Шум около 25.

Обратите внимание, что для "ночного видения" монохроматический цифровой датчик может отказаться от массивов сглаживания и цветовых фильтров, предположительно увеличивая чувствительность и уменьшая шум по сравнению с обычными характеристиками, которые мы видим с этими фильтрами на месте. DxO предлагает измерение при слабом освещении, которое показывает « наивысшая настройка ISO для камеры, которая позволяет достичь SNR 30 дБ, сохраняя при этом хороший динамический диапазон 9 EV и глубину цвета 18 бит. » (SNR, равное 30 дБ, равняется простому кратному 32. И требования к цвету, я полагаю, гораздо более требовательны, чем те, которые требуются для черно-белого разрешения.) Для полнокадровых датчиков текущего поколения это число составляет около 3000ISO. Для датчиков APS-C это выглядит так, как будто они около 1000ISO.

Может быть, кто-то с большими возможностями для этих метрик сможет найти связь между аналоговыми и цифровыми?

Answer 1

Это нетривиальный вопрос (и я провел это сравнение несколько лет назад, когда проектировал высокоскоростные датчики для систем с адаптивной оптикой). Все усилители, с которыми я знаком, такие как микроканальная пластина и высоковольтные трубки изображения , имеют довольно низкую квантовую эффективность по сравнению с твердотельными датчиками. Таким образом, в то время как вы получаете тонну выходных фотонов для каждого события обнаружения, вы по существу получаете усиленный шум Пуассона на изображении.

Твердотельный датчик затем должен работать с внутренним аналоговым шумом (при считывании, предусилителях и т. Д.) До аналого-цифровых преобразователей. Датчик хорошего качества будет иметь шум менее одного электрона на одно считывание, но это будет гораздо дороже, чем в обычной камере. Обратите внимание, что это может быть время интеграции в секундах.
В значениях, рекламируемых для камер, есть тонна «мастерства», и, к сожалению, трудно, если не невозможно, выкопать фактическую Q.E. и минимальные значения аналогового шума.

Для сравнения, камеры с активными ИК-осветителями (такими как "Trail Cams") действительно производят довольно красивые изображения менее чем за 150 долларов. У меня есть одна установка, и кроме массивного отражения от сетчатки животных, снимки четкие и без шума. Но я не считаю подсвеченное изображение «камерой при слабом освещении» :-).