スペクトル感度は、組み込みビジョンアプリケーションの世界において重要な役割を果たします。これは、センサーが異なる波長の光にどのように反応するかを決定し、それが画像の正確性や効果に影響を与えます。しかし、産業オートメーションから高度な生体認証に至るまでの複雑な応用を考えると、すべてに一律のアプローチが通用しないことが明らかです。各応用にはそれぞれ独自の要求や条件があり、それに応じた特定のスペクトル感度が最適な性能を発揮するために必要となります。
正しいスペクトル感度を選択すると、困難な照明条件下や微妙なコントラストを扱う場合でも、組み込みビジョン システムが画像を識別して解釈できるようになります。 このブログでは、スペクトル感度とは何か、組み込みビジョン デバイスのパフォーマンスにどのような影響を与えるか、および影響を与える要因について説明します。
スペクトル感度とは何ですか?
スペクトル感度は、さまざまな光の波長に対するイメージ センサーの応答性を測定するための指標です。 この応答性はセンサーの素材と設計によって決まり、これらは集合的に特定の色の光を検出する能力に影響を与えます。 その結果、スペクトル感度は、色の表現とイメージセンサーが効果的に捕捉できる光の波長の範囲を形成する上で極めて重要な役割を果たします。
スペクトル感度が重要である 2 つの主な理由
この感度は、センサーの材料と設計によって決まり、組み込みビジョン デバイスで使用されるカメラのパフォーマンスに影響を与える 2 つの主な理由から非常に重要です。
さまざまな波長の検出
イメージセンサーが検出できる波長の範囲は、そのスペクトル感度によって決まります。 たとえば、スペクトル感度が 380 ～ 700 ナノメートルの可視スペクトルでピークに達するセンサーを考えてみましょう。 このようなセンサーは日常生活で見られる色を捉えることができますが、100 ～ 400 ナノメートルの紫外 (UV) 光や 1 マイクロメートル (μm) を超える赤外 (IR) 光の検出は難しい場合があります。ちなみに、NIR（近赤外線）領域は600ナノメートルから始まることも覚えておいてください。
つまり、スペクトル感度が制限されているセンサーは重要な詳細を見逃してしまう可能性があり、UV または IR 画像データが重要な環境での使用が制限されるということです。
一方、可視光と近赤外線の両方を含む広範なスペクトル感度を持つセンサーは、組み込みビジョンシステムの適応性が向上します。このようなセンサーはRGB（赤、緑、青）光だけでなく赤外線も検出できるため、色の認識からナイトビジョンまで幅広い用途に対応できます。この広い感度は、可視光と近赤外線に反応する要素を含むセンサーの構成によって実現されます。
色再現への影響
スペクトル感度は、画質の基本要素である色の精度を決定する上で重要な役割を果たします。カメラのセンサーのスペクトル感度が不十分で、緑色の光は優先されるものの、赤色と青色の波長に対しては感度が低いという状況を考えてみましょう。 このようなシナリオでは、絵のように美しい夕日のシーンを撮影するのは困難になる可能性があります。 カメラが空の鮮やかな赤やオレンジを正確に捉えることが困難になる場合があり、その結果、シーンの本当の色を正確に表現できない色あせた画像が生成されてしまいます。
この問題を解決するには、バランスの取れたスペクトル感度を備え、全範囲の色を正確に捕捉できるセンサーが必要です。 適切に調整されたスペクトル感度を備えたカメラは、色を正確に再現し、画像の本物の鮮やかさと信頼性を保持します。
イメージセンサーのスペクトル感度を左右する 3 つの要素
センサーの温度
センサーの感度はウォームアップまたはクールダウン中に変化し、色の応答性に影響を与える可能性があるため、温度は重要な役割を果たします。 極端な温度は色の表現を歪め、真の色を正確に捉えるセンサーの能力に影響を与える可能性があります。 したがって、最適なスペクトル感度を維持し、色再現における意図しない変化を回避するには、安定した温度範囲を維持することが重要です。
曝露時間
センサーの感度は長時間露光中に変化する可能性があり、特定の波長を正確に捕捉する際の精度に影響を与えます。 露光時間を長くすると、より包括的な光の吸収が増加し、さまざまな色を検出するセンサーの能力が向上します。そのため、露光時間が長すぎるとノイズを招き、画質が損なわれる可能性があるため、バランスを取ることが重要です。
ゲイン設定
ゲイン設定により、光の波長に対するセンサーの応答性が向上します。ユーザーはゲインを調整することで、かすかな光を捉えたり、微妙な色の違いを区別したりするセンサーの能力を向上させることができます。 ただし、ゲインをむやみに上げると、不要なノイズが発生し、画質が低下する可能性があります。 したがって、画像の完全性を維持しながらスペクトル感度の可能性を最大化するには、理想的なゲイン設定を決定することが重要です。
幅広いスペクトル感度範囲を備えた E-con Systems カメラ
当社は、20 年以上の専門知識を生かして、可視スペクトルと近赤外線スペクトルの両方にわたる優れた画質で知られる多数のカメラを開発してきました。 これらのカメラは、ハイ ダイナミック レンジ (HDR)、オンボード画像信号処理 (ISP)、最小限の遅延、動き検出センサー、固定焦点、その他の追加機能などの最先端の機能を備えております。
これらのカメラには次のものが含まれます。
- RouteCAM_CU20 – Sony Starvis IMX462 Full HD GigEカメラ
- See3CAM_CU83 – 4K AR0830 RGB-IR USB 3.2 Gen 1カメラ
- See3CAM_CU135M – 4KモノクロUSB 3.1 Gen 1カメラ
- See3CAM_CU512M – 5MP AR0522 モノクロ NIR USBカメラ
- See3CAM_20CUG – 2MP OV2311 モノクログローバルシャッターカメラ
- See3CAM_27CUG – 2MP OV2312 グローバル シャッター RGB-IR USB 3.2 Gen 1カメラ
e-con Systems は、フォームファクターの変更、レンズマウントの調整、特注の筐体設計など、包括的なカスタマイズ サービスも提供します。 これにより、当社のカメラ ソリューションがお客様のユースケースの特定の要件を満たすように調整されることが保証されます。
当社の製品提供の詳細については、「カメラセレクタ」ページをご参照ください。
どのセンサーが組み込みビジョン製品に最適であるかに関係なく、カメラの統合に関するサポートが必要な場合は、 camerasolutions@e-consystems.com までお気軽にお問い合わせください。
Prabu Kumarは、e-con Systemsの最高技術責任者兼カメラ製品責任者であり、組み込みビジョン分野で15年以上の豊富な経験があります。彼は、USBカメラ、組み込みビジョンカメラ、ビジョンアルゴリズム、FPGAに関する深い知識をも有しています。医療、工業、農業、小売、生体認証などのさまざまなドメインにまたがる50以上のカメラソリューションを構築してきました。また、デバイスドライバー開発とBSP開発の専門家でもあります。現在は、新時代のAIベースのアプリケーションを強化するスマートカメラソリューションの構築に全力を注いでいます。