Görüntü İşleme Sistemleri için Yeni Standart: Mavi LED
Doğru LED aydınlatmayı seçmek endüstriyel görüntü işlemeye yeni başlayanlar ve hatta belli bir deneyime sahip olanlar için bile zorlu bir konu olabilir. Karşılaştığımız zorluklar ortam, çalışma mesafesi, sınırlı alan veya hatta sıra dışı bir ürünle ilgili olabilir.
Günümüzde görüntü işleme endüstrisi için monokrom kamera uygulamaları kullanımı için en çok kırmızı LED'ler talep ediliyor. Bunun tek olası nedeninin kullanıcıların en aşina oldukları şeyi satın almaya devam etmeleri veya kırmızı olsun üç kuruş farklı olsun demeleri. Şaka yapmıyoruz.
Uygulamaya bağlı olarak kontrolü yapılması istenilen ürünün kırmızı ışık altında daha fazla (veya uygulamaya bağı daha az) kontrasta sahip olması (veya uygulamaya bağı olmaması) veya kırmızı ışık için daha yüksek spektral tepkiye sahip bir monokrom kamera kullanmak gibi; her zaman kırmızının en iyi seçim olduğu durumlar tabi ki var. Ama genellikle bunlar bir müşterinin kırmızı LED seçmesinin nedenleri değil.
Aslında, genel uygulamalar için daha iyi bir LED rengi mevcut, MAVİ. Ancak mavinin şimdi kırmızıya göre neden daha iyi bir LED seçeneği olduğuna dair biraz somut delil sunmalıyız.
Kırmızı LED ışıklarının neden bu kadar yaygın kullanıldığını anlamak için LED'lerin ve ilk monokrom kameraların geçmişine bakmanız gerekir. LED'lerin ilk pratik kullanımı, 1962'de tanıtılan kırmızı ledle oldu. Bu noktada, yoğunluk o kadar düşüktü ki yalnızca göstergeler için kullanışlıydılar.
Yıllar geçti ve yeni gelişmeler, onları görüntü işleme uygulamalarında aydınlatma için kullanışlı hale getirmeye yardımcı oldu. Diğer ışık kaynağı türlerinin yoğunluğundaki bozulma ve arıza nedeniyle yaşam döngüsü ve kesinti süresi hesaba katıldığında kırmızı ledlerin fiyatı nispeten ucuzdu.
Kırmızı LED'ler daha yüksek bir akımda stroblanabilirdi, bu da hareket halindeki parçaların kamera piksel bulanıklığını azaltmaya ve LED'lerin ömrünü daha da uzatmaya yardımcı oluyordu. Kırmızı LED'ler ayrıca çoğu monokrom kamera için mükemmeldi çünkü o zamanlar kızılötesi ile kırmızı aralığında daha yüksek bir spektral tepkiye sahiptiler. Mavi LED'ler daha yüksek fiyatlıydı ve monokrom görüntü işleme sistemlerinin çoğunda, hatta hepsinde CCD'nin spektral tepkisi 470 nm (mavi) aralığında düşüktü, mavi LED'lerin lümen çıkışının çok düşük olmasından bahsetmiyoruz bile.
Sonrasında beyaz LED'in icadı devreye girdi. Beyaz LED, 90'ların ortalarında sahneye çıktı. Bu yeni teknoloji, beyaz ışık yaratmak için fosfor kaplamalı mavi bir LED kullanmaya dayanıyordu. Bu yeni teknoloji, kısa LED ömür beklentilerine neden olan fosfor bozulması nedeniyle kendi payına düşen sorunları yaşıyordu. Beyaz LED'ler ayrıca genellikle kırmızı LED'lere oranla 5-10 kat daha yüksek fiyata sahipti. Bu noktada Philips yeni Lumiled Luxeon LED'leriyle ortaya çıktı. 21 lümen çıkışlı 1 watt'lık bir beyaz LED için 50K saat sonra ortalama %70 çıkış koruyan LED ömrünün reklamını yapıyorlardı. Bu, özellikle renkli uygulamalar söz konusu olduğunda, görüntü işleme endüstrisinde beyaz LED'ler için bir dönüm noktasıydı, ancak aynı zamanda monokrom uygulamalarda mavi yüksek çıkışlı LED kullanımının yolunu da açıyordu.
1. Kameralar Açısından Mavi vs Kırmızı
Yukarıda kameraların ilk çıkışından ve kırmızı ledlerin durumundan bahsetmiştik.
“Kırmızı LED'ler ayrıca çoğu monokrom kamera için mükemmeldi çünkü o zamanlar kızılötesi ile kırmızı aralığında daha yüksek bir spektral tepkiye sahiptiler.”
Şimdi de günümüze dönelim ve güncel verilere bakalım.
Yeni kameraların yeşille belirtilen spektral davranışına baktığınızda, 480-510nm aralığında maksimum olduğunu göreceksiniz, peki bu sizce hangi renge karşılık geliyor. Tabi ki Mavi.
Bu arada Kırmızı renk 620-760nm.
2. Led Gücü açısından Mavi vs Kırmızı
Lümen, ışık akısının ölçüldüğü bir birimdir. Lümen birimi, insan gözünün algıladığı ışık miktarını ifade eder. Wikipedia
Önceki tanımlara ve LED üreticilerinin birincil pazarına ilişkin anlayışa dayanarak, ışık biriminin lümen olduğunu ve olmaya devam ettiğini anlamak zor değildir. Üreticiler ürünlerini öncelikle araba farları ve stop lambaları, tesis aydınlatması, ev aydınlatması, müze aydınlatması, el feneri ampulleri, sinyal aydınlatması ve insan görüntü işleme içeren çeşitli diğer türleri değiştirmek için üretiyorlar. Satılan LED'lerin neredeyse tamamı insan görüşüne yöneliktir. Bu nedenlerden dolayı, LED üreticileri ürünlerini lümen cinsinden ölçerler. Ancak görüntü işleme sistemleri insan gözünden farklıdır.
Bir görüntü işleme kamerasındaki görüntüleme çipinin, insan gözünden farklı bir spektral tepki eğrisi vardır (bkz. Grafik 1 ), bu nedenle daha iyi ölçü birimi radyant akı (watt) olacaktır.
Görüntü işleme aydınlatma üreticileri, ışık çıkışı karşılaştırması için tekdüze bir standart kullanılabilmesi için radyant akı (watt) veya miliwatt ölçü birimini benimsemelidir. Örneğin insan gözü kameralardan farklı olarak kızılötesini göremez, bu yüzden çoğumuz için bu ışık sayılmaz, o yüzden IR LED'in lümeni sıfırdır.
Miliwatt standardı yalnızca LED'in güç çıkışına dayalı olacaktır ve LED'ler dar bir spektral çıkışa sahip olduğundan, bir müşteri bu bilgiyi doğrudan bir kameranın spektral tepki eğrisine uygulayabilir.
Bu beni daha önce belirttiğim noktaya getiriyor, üretilen yeni görüntü sistemlerinin çoğu, 450-470 nm aralığında en yüksek spektral tepkiye sahip görüntüleme yongalarına sahiptir.
Mavi bir LED'in tipik çıktısının yalnızca 35 lümen ve kırmızı LED'in 74 lümen olduğunu fark edeceksiniz, ancak bu değerler insan gözünün spektral tepkisine dayanmaktadır. LED'lerin lümen çıktısı ışık çıktısı için norm olduğundan ve miliwatt çıktısını hesaplamak daha zor olduğundan, çoğu görsel aydınlatma şirketi değiştirmeye gerek duymaz. Gerçek miliwatt çıktısına baktığınızda, Tablo 1'de mavi LED'in kırmızı LED'den 1,8 kat daha fazla mW çıktısına sahip olduğunu fark edersiniz. Bu bilgiye ve daha yeni monokrom görsel kameraların çoğunun mavi aralıkta daha yüksek bir spektral tepkiye sahip olduğu gerçeğine dayanarak, mavinin (470 nm) en iyi seçim olduğunu görürüz.
3. Ledlerin Baş Düşmanı Isınma Açısından Kırmızı vs Mavi
Mavi LED'leri seçmek için bir diğer neden de sıcaklık üzerindeki kararlılıklarıdır. Grafik 2'de mavi LED çıkışı çalışma sıcaklığı aralığında kararlıdır, ancak kırmızı LED'in 50°C'de %14'lük ve 100°C'de %43'lük bir çıkış düşüşü vardır. Bu, ışık ısındıkça veya hatta kış aylarından yaz aylarına geçerken denetim parametrelerini ayarlamak zorunda kalındığında yoğunluktaki değişikliklerin yanlış arızalara neden olduğu sorunlar yaratır. Bir kez daha mavi LED'lerin günümüz kamera ve LED gelişmeleriyle kırmızıdan üstün olduğunu gösteriyor.