برای داشتن کیفیت تصویر مطلوب، دوربین مداربسته باید سنسور تصویر با کیفیت داشته باشد. رزولوشن توسط تعداد پیکسل‌های روی سنسور که با لنز منطبق هستند، تعیین می‌شود. اما سایز پیکسل‌ها تاثیر زیادی روی کیفیت تصویر دارد. اگر از سنسور تصویر بزرگتری استفاده شود، پیکسل‌ها می‌توانند بزرگتر باشند. در این مقاله تاثیر سایز سنسور روی کیفیت تصویر را با هم بررسی خواهیم کرد.
سنسور تصویر دیجیتال کار می‌کند؟
سنسور تصویر یکی از اجزای اصلی دوربین مداربسته است. نور ورودی از منبع نوری به سمت دوربین، تبدیل به سیگنال الکتریکی می‌شود. این سیگنال‌ها اطلاعات مورد نیاز برای دوربین را فراهم کرده، و بعد از تقویت سیگنال و پردازش، تصویر دیجیتالی را دوباره تولید می‌کنند.
نور از فوتون‌ها ساخته شده است. این سبب گسسته شدن باندل‌های انرژی می‌شود. اگر شدت نور در صحنه افزایش یابد، این بدان معناست که تعداد بیشتری فوتون به سمت دوربین حرکت می‌کنند. سنسور تصویر دوربین‌ها از میلیون‌ها فوتو دتکتور(نقاطی که بعنوان پیکسل شناخته می‌شوند) ساخته شده‌اند. هر فوتو دتکتور فوتون‌ها را جذب کرده و آن‌ها را به الکترون تبدیل می‌کند. این فرآیند در اصل تبدیل نور ورودی به سیگنال الکترونیکی است.
یک پیکسل کپچرینگ فوتون‌ها را از طریق یک بازه زمانی که زمان اکسپوژر دوربین است، حفظ می کند. بعد از یک بازه زمانی، پیکسل خوانده شده و بار آن اندازه گیری می‌شود. یک نوردهی جدید آغاز و پیکسل می‌تواند دوباره فوتون‌های جدید را ضبط کند.
هر پیکسل یک سایز خاص دارد و می‌تواند فقط یک تعداد خاصی از فوتون‌ها را قبل از اشباع شدن، نگه‌داری کند. اگر زمان نوردهی طولانی شود، یا صحنه خیلی روشن شود، پیکسل‌ها ممکن است که به نقطه اشباع قبل از زمان نوردهی برسند. آن‌ها کامل پر شده و نمی‌توانند فوتون بیشتری را دریافت کنند. اشباع پیکسل‌ها موجب نوردهی زیاد در تصویر خواهد شد.
تاثیر رزولوشن‌های متفاوت در کیفیت تصویر دوربین مداربسته
کمپانی‌های نظارت تصویری هر روز به سمت دوربین با رزولوشن‌های بالاتر حرکت می‌کنند. تولیدکنندگان سعی بر نگه داری سایز سنسور دارند تا از هزینه‌ی بالاتر استفاده از سنسور بزرگتر جلوگیری کنند. این به معنای نیاز به فیت شدن فوتودتکتورهایی بیشتر در ابعاد سنسورهای مشابه هست. بدین ترتیب هر چقدر پیکسل کوچکتر شود، نور کمتری را می‌تواند جذب کند.
بعد از هر بازه نوردهی، شارژ کمتر شده و سیگنال الکتریکی از هر پیکسل قبل از استفاده برای شکل دادن به تصویر، به تقویت بیشتری نیاز دارد. نرخ سیگنال به نویز در پیکسل‌های کوچک به دلیل سیگنال کمتر، به طورکلی کمتر است.
پس، به سادگی با افزایش تعداد پیکسل‌ها در یک سنسور با همان اندازه، شما رزولوشن بهتری خواهید داشت. اما احتمالا تصاویر با کیفیت کمتری خواهیم داشت. این در صحنه هایی با نور کم درست هست، جایی که نویز تصویر آزار دهنده است. اگر در عوض اندازه سنسور را افزایش دهیم، هر فوتودتکتوری می‌تواند فوتون‌های بیشتر را تولید و سیگنال قوی‌تری را با نویز کمتر تولید کند.
مفهوم پیکسل‌های بزرگتر
استفاده از یک سنسور تصویر بزرگتر به معنای ترکیب رزولوشن بالاتر با پیکسل‌های بزرگتر دوربین است که تصاویر با کیفیت‌تری در نور کم تولید می‌کند. به منظور دستیابی به مزایای یک سنسور بزرگتر، طراحی دوربین باید متناسب مکان سنسور باشد. یک مثال واضح این هست که لنز باید با سایز جدید و رزولوشن سنسور فیت بشود. این سبب بزگتر شدن ابعاد دوربین نیز می‌شود.
1- سیگنال بیشتر، نویز کمتر
نرخ سیگنال به نویز یا SNR، مقایسه اندازه سطح یک سیگنال مطلوب به سطح نویز بک گراند است. در یک سنسور با پیکسل‌های بزرگتر، هر پیکسل فوتون‌های بیشتری را در طول یک نوردهی دریافت می‌کند. این سطح بالاتری از یک سیگنال مطلوب را فراهم می‌کند، پس یک SNR بالاتری را تولید می‌کند. با نویز کمتر، دوربین می‌تواند تصاویر شفاف‌تری را تولید کند.
موقعی که هر پیکسل بتواند تعداد بیشتری از فوتون‌ها را دریافت کند، سیگنال تصویر دیجیتالی که تولید می‌شود، قوی‌تر خواهد بود. این در همه صحنه‌ها صادق هست، اما بطور خاص در نور کم صحنه‌ها یا در نواحی کم نور در یک صحنه، عموما نیاز به تقویت بیشتری دارد. پس شامل نویز بیشتری نیز هست. با توجه به این مفاهیم، استفاده از پیکسل‌های بزرگتر به معنای نویز کمتر و عملکرد بهتر در نور کم در تمام تصویر است.
2- ظرفیت جذب فوتون بیشتر، کیفیت تصویر دوربین مداربسته بالاتر
با پیکسل‌های بزرگتر، هر پیکسل می‌تواند فوتون‌های بیشتری را قبل از اشباع شدن، حفظ کند. این مورد دوربین را برای کپچر با نوردهی و رنج داینامیکی وسیع توانمند می‌کند. به هر حال، سایز پیکسل‌ها احتمال کاهش زمان اکسپوژر را فراهم می‌کند. زیرا به دوربین اجازه می‌دهد تا در مدت زمان کوتاه‌تری به اندازه کافی فوتون‌ها را جذب کند.
اغلب مدت زمان اکسپوژر کوتاه‌تر مورد نیاز هست تا آزادی بیشتری در کنترل تصویر ایجاد کند. برای مثال، اکسپوژر کوتاه‌تر در تحرکات سریع در یک صحنه عملکرد بهتری دارد و میزان بلور شدن سوژه‌های متحرک کمتر خواهد شد. امکان تولید هر پیکسل برای ایجاد یک دامنه داینامیکی وسیع روی یک اکسپوژر نباید با پارامتر WDR اشتباه گرفته شود. این موارد معمولا انواع مختلفی از نوردهی را شامل می‌شوند. ممکن است به منظور ضبط صحنه‌هایی با دامنه داینامیکی وسیع نیاز شود.
مقایسه سایز سنسور با سایز پیکسل
خواندن مقاله‌ی زیر را که در مورد کمپانی‌های تولید کننده و مباحث فنی در مورد ساختار سنسور تصویر دوربین مداربسته می‌باشد را شدیدا توصیه می‌کنیم:
سنسور تصویر دوربین مداربسته و کمپانی های تولیدکننده‌ی آن