Görüntü İşleme Amacıyla Optik Algılayıcı – Kamera Seçiminde Önemli Faktörler

Görüntü İşleme Amacıyla Optik Algılayıcı – Kamera Seçiminde Önemli Faktörler

Bilgisayarlı görme günümüzde robotik, çokluortam ve güvenlik sistemleri gibi görüntü işleme kullanılan benzeri alanlarda önemli bir yere sahiptir. Nesnelerin doğru şekillerde, doğru renklerde algılanabilmesi ise görüntü işleme yapacak sistemlerin daha doğrusu makinelerin gözü diyebileceğimiz kamera sistemlerine bağlıdır. Kameralar bir sistemdir, hatta bilinen en karmaşık sistemlerden birisidir. İç yapılarında doğru odaklamayı ve istenilen yakınlaştırmayı yapan mercekler onu onları hareket ettiren piezoelektrik gibi malzemelerle üretilmiş hassas motorlar, alınan renk bilgisini elektirik sinyale dönüştüren ve kameranın kalbi diyebileceğimiz ALGILAYICILAR (Sensörler) ve alınan sinyali analogdan dijitale çeviren ADC’ler (Analog to Digital Converters) barındırırlar.

Algılayıcılar kamera sistemlerinin kalbidir, çünkü görüntüyü yani ışığı veriye dönüştürme işi bunlara verilmiştir. Merceklerden geçen fotonlar algılayıcıların üzerine düşerek bıraktıkları enerji elektriksel sinyallere çevrilir. Bu işi gerçekleştirmek için piyasada kullananılan iki çözüm vardır: CCD (Charged Couple Device) ve CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) algılayıcılar. Her iki çözümün çeşitli avantajları ve dezavantajları vardır. İkisi arasında seçim yapılması gerekirse önemli olan algılayıcının ne olduğu değil, kullanım amacına uygun olup olmadığıdır. Uygulamalar teknolojiden çok doğru seçimi gerektirir.

Algılayıcı seçiminin temelinde 3 önemli faktör vardır. Bunlar algılayıcının etkin dinamik alanı ( Dynamic Range ), hızı ve algılayıcının tepkisidir.

İlk olarak dinamik alanı ele almak gerekirse, etkin alan algılayıcının düşük seviyede çalışarak tam koyuluk, yüksek seviyede çalışarak tam renk değerini elde ettiği maksimum genişlikteki renk alanıdır. Genişlik noktacıkta renk kanalı başına düşen bit sayısı ile belirlenir. Daha fazla bit her bir noktacık için daha fazla çözünürlüğe daha doğrusu daha fazla renk değerine karşılık gelir. Günlük uygulamalarda insanların kullandığı çoğu sistemde dinamik alan için insan gözünün bile bir çoğunu ayırdetmede zorlandığı 8 bitlik bir renk genişliği yeterliyken medikal ve havacılık gibi uygulamalarda bu yetersiz gelmekte 14 bit gibi daha yüksek dinamik alana gereksinim duyulmaktadır. Sonuçta bu yüksek renk genişliği insanlar tarafından farkedilmese de görüntü işleme yapan makineler tarafından farkedilebilmekte ve bunun sonucunda makineler gerekli tanıları koyup ve gerekli işlemleri yürütebilmektedirler.

Algılayıcı hızı makineyle görme / görüntü işleme uygulamalarında aranan ikinci temel faktördür. Hız bir kameranın görüntüyü alıp sisteme sunma hızıdır. Odaklama ve yakınlaştırma hızları olarak düşünülmemelidir. Algılayıcı hızı bir saniyede ürettiği kare sayısı( frame per second FPS) ve pozlama süresi ile ifade edilir. Bir kamera bir saniyede ne kadar çok kare çekiyorsa hızlı bir hareketin o kadar daha fazla detayını sinyale çevirme kabiliyetine sahiptir. Algılayıcı üretebildiği kare sayısına göreceli olarak daha hızlı bir nesnenin hareketini görüntüyü çevirmek istediğinde nesnenin herhangi bir noktası algılayıcı üzerindeki herhangi bir nokta üzerinde oluşturduğu renk değeri o karenin işlenmesini bitmeden bu algılayıcı noktasının komşuları üzerine de düşerek görüntünün bulanık olmasına sebep olmaktadır. Çok hızlı kare çekebilmek önemlidir ancak buradaki kilit nokta bir saniyede üretilen karelerin hepsinin doğru renk değerlerine sahip olup olmadıklarıdır. Bu da algılayıcının pozlama süresinin önemini bize vurgulamaktadır. Pozlama süresi bir algılayıcının bir tek noktasının algıladığı renk değerinin doğru veriye çevirmesi için gereksinim duyguduğu minimum süredir. Sonuç olarak algılayıcı ne kadar düşük sürede doğru renk değerini üretiyorsa o kadar yüksek kare sayısına çıkabilir ve bir o kadar da hareketli nesneleri daha az bulanık algılayabilir.

Kamera sistemlerinde hızlı görüntü elde etmesinde kameranın algılanınan resmi algılayıcıda hızlıca analog sinyale çevirip yine bu sinyali hızlıca ADC’lerde dijital sinyallere çevirmesi gerekmektedir. Bu noktada kamera sistemlerinde ADC’lerin alınan sinyali çevirme hızından çok algılayıcıların hızları daha önemlidir. Çünkü günümüz teknolojisinin bize verdiği olanaklar dar boğazın algılayıcıda olmasına sebep olmaktadır ve algılayıcı seçiminin önemini bize bir kez daha vurgulamaktadır.

Algılayıcıdaki pozlama süresinin saniyede çekilen kare sayısını sınırlamasını aşmak için sistem tasarımcıları ortamdaki ışık seviyesini arttırarak pozlandırma süresini aşağıya çekmeye çalışırlar. Işıklandırmanın yapılamayacağı durumlarda ise aygılayıcı seçiminde son önemli nokta olan algılayıcının tepkiselliğinin yüksek olması ile bu sınır aşılmaya çalışılır. Tepkisellik belirlenen pozlandırma süresinde algılayıcının ne kadar güçlü sinyal ürettiğidir. Tepkiselliğin yüksek olmasının getirdiği dezavantaj ise gürültü seviyesini yukarıya çekmesidir. Işıklandırmanın elimizde olmadığı günümüz güvenlik uygulamalarında daha farklı kameralara da ihtiyaç duyulabilir. Dış ortama uyumlu olması gereken ve ışıklandırmaya hakim olamadığımız görüntü işleme sistemlerinde Wide Dynamic Range adı verilen sensörler devreye girmektedir. Bu konuya ileride başka bir yazımızda değinmeyi düşünüyoruz.

Algılayıcı seçimindeki bu kritik faktörler birbirleriyle ilişkilidir ve birisi için diğerlerinden taviz vermeyi gerektirebilir. Ancak algılayıcı seçiminde bunların yanında algılayıcının nokta çözünürlüğü, nokta alanı ve çözünürlük de görüntü işleme kalitesini etkileyen faktörlerdir. Sonuç olarak verilmesi gereken tavizler nedeniyle algılayıcı seçiminin uygulamanın gereksinim duyduğu faktöre önem verilerek yapılması gerekir. Anneniz ciddi para verip hediye olarak aldığınız DSLR (Digital single-lens reflex) fotoğraf makinesini beğenmeyeceği gibi görüntü işleme uygulamanız da kameranızı beğenmeyebilir.


Algılayıcı hızı makineyle görme uygulamalarında aranan ikinci temel faktördür. Hız bir kameranın görüntüyü alıp sisteme sunma hızıdır. Odaklama ve yakınlaştırma hızları olarak düşünülmemelidir. Algılayıcı hızı bir saniyede ürettiği kare sayısı( frame per second FPS) ve pozlama süresi ile ifade edilir. Bir kamera bir saniyede ne kadar çok kare çekiyorsa hızlı bir hareketin o kadar daha fazla detayını sinyale çevirme kabiliyetine sahiptir. Algılayıcı üretebildiği kare sayısına görecili olarak daha hızlı bir nesnenin hareketini görüntüyü çevirmek istediğinde nesnenin herhangi bir noktası algılayıcı üzerindeki herhangi bir nokta üzerinde oluşturduğu renk değeri o karenin işlenmesini bitmeden bu algılayıcı noktasının komşuları üzerine de düşerek görüntünün bulanık olmasına sebep olmaktadır. Çok hızlı kare çekebilmek önemlidir ancak buradaki kilit nokta bir saniyede üretilen karelerin hepsinin doğru renk değerlerine sahip olup olmadıklarıdır. Bu da algılayıcının pozlama süresinin önemini bize vurgulamaktadır. Pozlama süresi bir algılayıcının bir tek noktasının algıladığı renk değerinin doğru veriye çevirmesi için gereksinim duyguduğu minimum süredir. Sonuç olarak algılayıcı ne kadar düşük sürede doğru renk değerini üretiyorsa o kadar yüksek kare sayısına çıkabilir ve bir o kadar da hareketli nesneleri daha az bulanık algılayabilir.

Kamera sistemlerinde hızlı görüntü elde etmesinde kameranın algılanınan resmi algılayıcıda hızlıca analog sinyale çevirip yine bu sinyali hızlıca ADC’lerde dijital sinyallere çevirmesi gerekmektedir. Bu noktada kamera sistemlerinde ADC’lerin alınan sinyali çevirme hızından çok algılayıcıların hızları daha önemlidir. Çünkü günümüz teknolojisinin bize verdiği olanaklar dar boğazın algılayıcıda olmasına sebep olmaktadır ve algılayıcı seçiminin önemini bize bir kez daha vurgulamaktadır.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir