STARVIS, BSI ve Stacked CMOS Sensör Nedir? 'Sony Sensörlü' İfadesi Gece Görüntüsü İçin Ne Anlatır

Görüntü sensörü ne iş yapar ve CMOS CCD'nin yerini neden aldı?

Görüntü sensörü, lensten gelen ışığı elektrik sinyaline çeviren yarı iletken çiptir ve kameranın gece performansının ilk halkasıdır. Sensör yüzeyi milyonlarca küçük pikselden oluşur; her pikselde ışığı toplayan bir fotodiyot bulunur. Ne kadar çok ışık toplanırsa sinyal o kadar güçlü, görüntü o kadar temiz olur.

Sensörden çıkan ham veri doğrudan kayda gitmez. Kameranın içindeki ISP (görüntü sinyal işlemcisi) bu veriyi renk, parlaklık, netlik ve gürültü açısından işler, sonra H.264 ya da H.265 olarak sıkıştırır. Bu nedenle ekrandaki gece görüntüsü; sensör, lens ve işlemcinin ortak ürünüdür. Sensör boyutu, diyafram ve lux değerinin okunması için sensör boyutu, diyafram ve lux rehberine bakılabilir; bu yazı ise sensörün iç mimarisine odaklanır.

CCD sensörde pikselde biriken yük çipin kenarına taşınıp tek noktadan okunur; CMOS sensörde ise okuma devreleri çipin üzerinde, piksellerin yanında yer alır. Bu yapı, CMOS'un aynı çip üzerinde işlem devresi, yüksek hızlı okuma ve düşük güç tüketimi sunmasını sağlar. Güvenlik kameralarında CMOS'un yaygınlaşması bu mimari farktan gelir.

Günümüzde piyasadaki IP kameraların büyük çoğunluğu CMOS sensör kullanır. Bu yüzden 'CMOS sensörlü kamera' ifadesi tek başına bir kalite göstergesi değildir; neredeyse tüm modern kameraların ortak özelliğidir. Asıl fark, CMOS'un içindeki piksel yapısında ortaya çıkar.

• CCD: yük çipin kenarından okunur, ek devre ve güç ister, yeni IP kamera tasarımlarında nadir görülür.
• CMOS: okuma devresi çip üzerindedir, düşük güç ve yüksek hız sağlar, günümüz kameralarının ortak sensör türüdür.
• Aynı 'CMOS' etiketi altında FSI, BSI ve stacked gibi çok farklı iç yapılar bulunabilir.

BSI (arka aydınlatmalı) sensör nedir, FSI'dan farkı nedir?

BSI, fotodiyotun kablolama katmanının arkasında değil üstünde yer aldığı piksel yapısıdır ve ışığın daha az kayıpla fotodiyota ulaşmasını sağlar. Klasik FSI (ön aydınlatmalı) sensörde ışık, fotodiyota varmadan önce metal bağlantı katmanlarından geçer; bu katmanlar ışığın bir kısmını engeller ya da saçar. BSI'da çip ters çevrilmiş gibi düşünülebilir: kablolama arkada kalır, ışık doğrudan fotodiyota iner.

Üreticiler bu yapıyı somut rakamla anlatır. Sony, güvenlik kameraları için geliştirdiği STARVIS (doğrula) ailesinin arka aydınlatmalı piksel teknolojisi olduğunu, fotodiyotların kablolama katmanının üstünde bulunarak ışık kaybını azalttığını ve kendi önceki ön aydınlatmalı bir modeline göre duyarlılığı 4,6 kattan fazla artırdığını belirtir. Bu rakam üreticinin kendi test koşullarında, kendi modelleri arasındaki karşılaştırmadır; farklı üreticilerin kameralarına doğrudan uygulanamaz.

Aynı çözünürlükte ve aynı piksel boyutunda BSI sensör, FSI sensöre göre genellikle daha fazla ışık toplar. Fark en çok pikseller küçüldükçe belirginleşir; çünkü küçük pikselde kablolama katmanının gölgeleme oranı büyür.

• FSI: ışık önce kablolama katmanından geçer, fotodiyota ulaşan ışık oranı daha düşüktür.
• BSI: fotodiyot kablolamanın üstündedir, ışık doğrudan ulaşır, düşük ışık duyarlılığı artar.
• BSI bir 'gece görüş garantisi' değildir; yalnızca piksel düzeyinde ışık toplama verimini iyileştirir.

Stacked (katmanlı) yapı ne sağlar?

Stacked yapı, piksel katmanı ile mantık (işlem) devresinin üst üste ayrı katmanlar olarak üretilip birleştirilmesidir. Sony, bu yapıyı 2012'de ticarileştirdiğini ve piksel ile mantık bölümlerini üst üste koyarak daha yüksek görüntü kalitesi, daha fazla işlev ve daha küçük boyut elde ettiğini açıklar.

Pratikteki anlamı şudur: piksel katmanı yalnızca ışık toplamaya ayrılabilir, işlem devreleri alt katmana taşınabilir. Bu da hızlı okuma, HDR için çoklu pozlama ve kamera içi işlemeye alan açar. Ancak stacked yapı, kameranın gece görüntüsünü kendiliğinden güçlendirmez; kazanım, piksel boyutu, lens ve ISP ile birlikte değerlendirilir.

Satış dilinde 'stacked' ya da 'BSI' kelimesi geçiyorsa, bunun hangi model için ve hangi belgeye dayanarak söylendiği sorulmalıdır. Sensör modeli bilinmiyorsa bu ifadeler doğrulanamaz.

Piksel boyutu (mikron) hassasiyeti nasıl etkiler?

Pikselin ışık toplama kapasitesi, yüzey alanıyla orantılıdır; piksel kenarı mikron (µm) cinsinden büyüdükçe toplanan ışık, alanın karesi oranında artar. Aynı sensör boyutunda çözünürlük artırılırsa her piksel küçülür ve gece görüntüsü zorlaşır. Piksel kenarı kabaca şu formülle bulunur:

Piksel aralığı (µm) = Sensörün aktif genişliği (mm) ÷ Yatay piksel sayısı × 1000

Varsayımsal örnek: aktif genişliği yaklaşık 5,0 mm olan bir sensörde 1920 yatay piksel (2 MP sınıfı) için piksel aralığı yaklaşık 2,6 µm çıkar. Aynı sensörde 3840 yatay piksel (8 MP sınıfı) olursa aralık yaklaşık 1,3 µm'dir; piksel alanı ise dörtte bire iner. Bu yüzden 'çözünürlük arttı' ile 'gece görüntüsü iyileşti' aynı anlama gelmez.

BSI yapı küçük pikselin kaybını kısmen telafi eder, ama fiziksel alanı yerine koymaz. Bir 4 MP kamerayla bir 8 MP kamerayı aynı sensör boyutunda karşılaştırırken piksel aralığı mutlaka sorulmalıdır. Datasheet'te piksel boyutu yazmıyorsa sensör boyutu ve çözünürlükten yukarıdaki formülle tahmin edilebilir.

• Aynı sensör boyutunda çözünürlük artarsa piksel küçülür, piksel başına ışık düşer.
• Piksel alanı kenarın karesidir: kenar 2 katına çıkarsa alan 4 katına çıkar.
• Gündüz detay için yüksek çözünürlük, gece temizliği için büyük piksel gerekir; iki hedef birbirini sınırlar.

'Sony sensörlü' ve STARVIS ifadesi ne anlama gelir?

'Sony sensörlü' ifadesi kameranın bir Sony görüntü sensörü taşıdığını söyler, ama hangi model olduğunu, yani gece performansını söylemez. Sony'nin sensör kataloğu çok geniştir ve güvenlik amaçlı olmayan sensörleri de kapsar. STARVIS (doğrula) ise Sony'nin güvenlik kameraları için tanımladığı arka aydınlatmalı piksel teknolojisi markasıdır.

STARVIS 2 (doğrula) hakkında Sony, daha derin fotodiyotlar ve ışığı kıran yüzey yapısıyla yakın kızılötesi (NIR) emilimini artırdığını, bunun da daha az kızılötesi aydınlatmayla çalışmaya imkân verip ısı ve güç tüketimini düşürebileceğini belirtir. Aynı sayfada iki HDR yöntemi tanımlanır: ardışık iki pozlamayı birleştiren yöntemde hızlı hareket eden nesnelerde bulanıklık ya da renk kenarlanması görülebilir, aynı anda düşük ve yüksek kazançlı iki görüntü alan yöntemde bu etki oluşmaz.

Piyasada başka sensör üreticileri de güvenlik kameraları için ürün sunar. OmniVision (doğrula), PureCel adlı piksel teknolojisini FSI ve kendi OmniBSI yapılarının üzerine kurduğunu ve Nyxel adlı bir yakın kızılötesi sensör teknolojisi bulunduğunu belirtir. SmartSens (doğrula) ise güvenlik gözetimini kendi uygulama alanları arasında sayar. Bu yazı hiçbir markayı diğerinden üstün göstermez; amaç, ifadelerin neyi doğruladığını ayırmaktır.

Bir kamera kutusunda ya da ilanda 'STARVIS' veya 'Sony' yazması, o kameranın aynı ailedeki her kamerayla benzer gece görüntüsü vereceği anlamına gelmez. Aynı sensörle üretilen iki kamera, lens, IR aydınlatma ve yazılım farkıyla birbirinden çok farklı görüntü verebilir.

Sensör markası neden gece performansını tek başına belirlemez?

Gece görüntüsü zincirin en zayıf halkası kadar iyidir: lens, sensör, ISP ve kamera ayarı birlikte sonucu belirler. Sensör ne kadar iyi olursa olsun, ışığı yeterince toplayamayan bir lens ya da agresif ayarlanmış bir gürültü azaltma görüntüyü bozabilir.

Lens tarafında diyafram açıklığı (f değeri) ve kalite önemlidir; ayrıntılar için güvenlik kamerası için hangi lens rehberine bakılabilir. ISP tarafında ise 3B gürültü azaltma ve kazanç ayarı, düşük ışıkta karıncalanmayı bastırırken hareketli nesnede hayalet izi ve detay kaybı yaratabilir.

Kızılötesi (IR) aydınlatma düzeyinde de fark vardır: sensörün NIR duyarlılığı, aynı IR LED gücüyle ulaşılan mesafeyi etkiler, ama LED yerleşimi ve lens görüş açısı da payını alır.

• Lens: diyafram açıklığı, cam kalitesi ve sensörle uyum.
• ISP: gürültü azaltma, kazanç sınırı, HDR ve pozlama süresi ayarı.
• Aydınlatma: IR LED gücü, açısı ve ışığın lensle örtüşmesi.
• Ürün yazılımı: aynı donanımda firmware farkı görüntüyü değiştirebilir; ayrıntı için OEM ve beyaz etiket kameralarda firmware uyumu yazısına bakılabilir.

Sensör modeli neden datasheet'te çoğu zaman yazmaz, nasıl doğrulanır?

Birçok datasheet yalnızca 'CMOS', sensör boyutu ve çözünürlük bilgisini verir; sensör üreticisi ve modeli ticari nedenlerle yazılmayabilir. Bu durumda ürün sayfasındaki 'Sony sensörlü' iddiası, yazılı bir belgeyle desteklenmediği sürece doğrulanmış kabul edilmemelidir.

Doğrulama için pratik yollar vardır; hiçbiri tek başına kesin sonuç vermez, birlikte değerlendirilmelidir:

• Üreticiden ya da tedarikçiden sensör modelini yazılı olarak isteyin; model adı verilirse üreticinin kendi sayfasında bu modelin özelliklerine bakın.
• Datasheet'te sensör boyutu (örneğin 1/2,8 inç), çözünürlük ve minimum aydınlatma (lux) değerlerinin hangi koşulda ölçüldüğünü kontrol edin.
• Aynı model adı altında zamanla donanım revizyonu olabileceğini unutmayın; belgeyi teslim alacağınız ürünün model ve revizyonuyla eşleştirin.
• Satıcının sensör bilgisini ürün etiketinde, kutuda ya da resmi belgede gösterip göstermediğine bakın.
• Belge yoksa karar iddiaya değil, sahadaki yan yana gece testine göre verilsin.

Kurulumcu sahada gece görüntüsünü nasıl yan yana test eder?

Gece performansını doğrulamanın en güvenilir yolu, aynı noktada, aynı koşulda ve aynı ayarla kameraları yan yana karşılaştırmaktır. Test, iddiaları ölçülebilir bir sonuca çevirir ve müşteriye gösterilebilir bir kayıt bırakır.

Adım adım yöntem şöyle uygulanabilir:

• Karşılaştırılacak kameraları aynı yükseklikte, birbirine yakın ve aynı sahneye bakacak şekilde sabitleyin.
• Çözünürlük, kare hızı, sıkıştırma (H.265 ya da H.264) ve bit hızını eşitleyin; gürültü azaltma, kazanç ve pozlama sınırını varsayılan ya da aynı seviyeye alın.
• Gece, sahnedeki gerçek aydınlatma koşulunda (sokak lambası, ay ışığı ya da tam karanlık) ve IR açık/kapalı iki durumda kayıt alın.
• Sahneye okunabilir bir referans koyun: plaka benzeri bir yazı, renkli bir bez ve farklı mesafelerde duran bir kişi.
• Hareketli bir nesnenin (yürüyen kişi, geçen araç) bulanıklık ve hayalet izi durumunu kaydedin.
• Görüntüyü yüzde 100 yakınlaştırarak karıncalanma, detay kaybı ve renk durumunu karşılaştırın; yalnızca küçültülmüş ekran görüntüsüne bakmayın.
• Sonuçları ayarlar, tarih ve saatle birlikte not edin; müşteriyle paylaşabileceğiniz kısa bir kayıt oluşturun.

Bayifi bu konuda nerede devreye girer?

Bayifi, kurulumcu ile toptancıyı buluşturan bir B2B pazar yeridir; sensör ve kamera seçiminde ihtiyacınız olan model bilgisini teklif sürecinde toptancıdan yazılı sorabilirsiniz. İl il kurulumcu bulmak için bayi dizinine, toptancıların stoklu ürünleri için pazar sayfasına bakabilir, kamera markalarını markalar sayfasında inceleyebilirsiniz.

Firmanızı dizine eklemek ve talepleri almak için kayıt sayfasını kullanabilirsiniz.