工業(yè)相機(jī)相關(guān)知識(shí)科普

提高靈敏度

可以通過設(shè)置以下功能來實(shí)現(xiàn)。

白平衡調(diào)節(jié)

白平衡，顧名思義，即白色的平衡。由于人眼的適應(yīng)性，在不同色溫下，都能準(zhǔn)確判斷出白色，但是相機(jī)在不同色溫的光源下，圖像會(huì)出現(xiàn)偏色，與人眼看到的顏色不一致，因此需要進(jìn)行白平衡處理。在數(shù)碼相機(jī)中，往往有ISP，這里面會(huì)做AWB（自動(dòng)白平衡）處理。

簡(jiǎn)單地說白平衡就是無論環(huán)境光線如何，仍然把“白”定義為“白”的一種功能。由于CCD傳感器本身沒有這種功能，因此就有必要對(duì)它輸出的信號(hào)進(jìn)行一定的修正，這種修正就叫做白平衡。

顏色實(shí)質(zhì)上就是對(duì)光線的解釋，在正常光線下看起來是白顏色的東西在較暗的光線下看起來可能就不是白色，還有熒光燈下的“白”也是“非白”。對(duì)于這一切如果能調(diào)整白平衡，則在所得到的照片中就能正確地以“白”為基色來還原其他顏色。所以白平衡控制就是通過圖像調(diào)整，使在各種光線條件下拍攝出的照片色彩和人眼所看到的景物色彩完全相同。

工業(yè)相機(jī)內(nèi)部有三個(gè)CCD電子耦合元件，他們分別感受藍(lán)色、綠色、紅色的光線，在預(yù)置情況下這三個(gè)感光電路電子放大比例是相同的，為1：1：1的關(guān)系，白平衡的調(diào)整就是根據(jù)被調(diào)校的景物改變了這種比例關(guān)系。比如被調(diào)校景物的藍(lán)、綠、紅色光的比例關(guān)系是2：1：1（藍(lán)光比例多，色溫偏高），那么白平衡調(diào)整后的比例關(guān)系為1：2：2，調(diào)整后的電路放大比例中明顯藍(lán)的比例減少，增加了綠和紅的比例，這樣被調(diào)校景物通過白平衡調(diào)整電路到所拍攝的影像藍(lán)、綠、紅的比例才會(huì)相同。也就是說如果被調(diào)校的白色偏一點(diǎn)藍(lán)，那么白平衡調(diào)整就改變正常的比例關(guān)系減弱藍(lán)電路的放大，同時(shí)增加綠和紅的比例，使所成影像依然為白色。

相機(jī)白平衡這一參數(shù)可用來調(diào)節(jié)圖像中紅色和藍(lán)色的色度，以得到逼真的色彩?？赏ㄟ^手動(dòng)或自動(dòng)方式控制這些值。自動(dòng)白平衡功能提供兩種操作模式。自動(dòng)，對(duì)視頻數(shù)據(jù)流持續(xù)實(shí)施白平衡操作。單觸，只觸發(fā)一次調(diào)節(jié)過程。普通的多媒體相機(jī)只提供一個(gè)白平衡參數(shù)，所以增加紅色色值會(huì)減少藍(lán)色色值，反之亦然。高質(zhì)量的相機(jī)提供兩個(gè)參數(shù)，因此可以分別調(diào)節(jié)紅和藍(lán)的色值。

提高均勻性

提高信噪比

1.固定噪聲校正

該方法需測(cè)量和存儲(chǔ)各像素的固定圖像信號(hào)，設(shè)置校正電路或校正軟件，用校正電路或校正軟件固定圖像噪聲。可消除各像素的傳輸門的壓降和內(nèi)阻不一致，消除各像素的偏壓不一致，提高圖像質(zhì)量，提高圖像測(cè)量精度。

2.低溫工作

用半導(dǎo)體致冷器將成像器件致冷，降低成像器件的熱噪聲，適合弱光，需長(zhǎng)時(shí)間場(chǎng)合。

3.相關(guān)雙采樣

在一次曝光前后分別進(jìn)行兩次采樣，輸出曝光前后采樣值之差，可消除KTC（像素復(fù)位）噪聲。

提高動(dòng)態(tài)范圍

相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍成像的目的就是要正確地表示真實(shí)世界中從太陽光直射到最暗的陰影這樣大的范圍亮度，以下技術(shù)可以提高相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍。

提高圖像質(zhì)量

在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，相機(jī)需要采集圖像，有時(shí)候采集的圖像質(zhì)量一般，這就需要通過調(diào)整工業(yè)相機(jī)的一些功能參數(shù)來提高圖像質(zhì)量，以下技術(shù)可提高圖像質(zhì)量。

機(jī)械與電子快門

1.機(jī)械快門

用彈簧或是電磁手段，控制幾片葉片的開閉，或是兩層簾幕像舞臺(tái)“拉幕”一樣左右或上下以一定寬度的縫隙“劃過”成像像場(chǎng)窗口，讓窗口獲得指定時(shí)間長(zhǎng)短的“見光機(jī)會(huì)”――這就使通常的機(jī)械快門概念。

2.電子快門

它實(shí)際上并沒有“門”，而是利用了CCD不通電不工作的原理，在CCD不通電的情況下，盡管像場(chǎng)窗口“大敞開”，但是并不能產(chǎn)生圖像。如果在按下快門鈕時(shí)，使用電子時(shí)間電路，使CCD只通電“一個(gè)指定的時(shí)間長(zhǎng)短”，就也能獲得像有快門“瞬間打開”一樣的效果。電子快門簡(jiǎn)單，成本也要低得多。但是要注意，如果鏡頭長(zhǎng)時(shí)間對(duì)著強(qiáng)光，那樣通過鏡頭的聚焦作用，很容易燒壞后邊“大敞門”的CCD器件。

3.區(qū)別

往往袖珍卡片數(shù)碼相機(jī)和其它中、低檔數(shù)碼相機(jī)采用電子快門，而高級(jí)家用數(shù)碼機(jī)和所有的數(shù)碼單反相機(jī)，都毫無例外地采用機(jī)械快門。數(shù)碼單反的機(jī)械快門，實(shí)際上和它的原型膠片相機(jī)快門總成是一樣的，沒有很大的區(qū)別。所以使用壽命、維護(hù)都沒有特殊的新要求。另外，利用了電子快門的特點(diǎn)，讓CCD在機(jī)械快門打開的同時(shí)，受到電子快門的瞬間控制，可在低成本前提下實(shí)現(xiàn)特殊的要求。

數(shù)字與模擬工業(yè)相機(jī)

1.數(shù)字相機(jī)

大多使用并行接口標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)良好的標(biāo)準(zhǔn)，提供了大范圍的采集速度，圖像尺寸，像素深度。并行相機(jī)通常需要用戶訂制電纜和接頭，來配合采集卡。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要有。高速，高像素深度，大圖像尺寸。容易配置相機(jī)參數(shù)和別的功能。缺點(diǎn)。沒有物理或協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)來接采集卡，需要定制電纜和接頭，價(jià)格相對(duì)較昂貴。

2.模擬相機(jī)

是眾多應(yīng)用的理想選擇，因?yàn)樗谐墒斓募夹g(shù)，簡(jiǎn)單的連線，低成本。連線簡(jiǎn)單，僅需一根BNC線連接相機(jī)到采集卡，而且價(jià)格便宜。標(biāo)準(zhǔn)640x480像素分辨率，30幀/秒，滿足大多數(shù)常見應(yīng)用。

Sensor清理

1.吸力吸除法

這種方法是利用渦輪式或活塞式的吸塵泵的吸力吸除工業(yè)相機(jī)CCD表面的灰塵，工作原理與我們家庭使用的吸塵器是一樣的，因此，其存在的優(yōu)缺點(diǎn)也是一致的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于非接觸吸塵，對(duì)CCD無損傷。缺點(diǎn)則是此方法只對(duì)于干性浮塵有吸除作用，而對(duì)于有附著力的灰塵、油漬等卻不是很有效。

2.粘性粘塵法

這種方法是利用橡膠棒或低粘性的膠紙等來粘除工業(yè)相機(jī)CCD表面上的灰塵。這種方法操作簡(jiǎn)單，但效果一般，容易在清理后留下更難清理的膠印，造成二次污染，因此，這種方法并不太建議使用。

3.靜電吸附法

這種方法是利用具有靜電的柔軟刷毛吸附工業(yè)相機(jī)CCD表面的灰塵，此方法與吸力吸除法一樣，具備同樣的優(yōu)缺點(diǎn)，在選擇使用哪種方法時(shí)，主要看哪種工具取材方便而已。

4.纖維清潔法

這是一種是采用質(zhì)地柔軟的微纖維材料，沾上發(fā)揮性清潔溶液，深入CCD內(nèi)部進(jìn)行清理的方法。這里所說的發(fā)揮性清潔溶液最好是濃度90%以上的純酒精，不要使用異丙醇，異丙醇能吸收空氣中的水分，清理時(shí)易在工業(yè)相機(jī)CCD表面留下液體痕跡。也最好不要使用甲醇，甲醇是一種劇毒物質(zhì)。此方法的優(yōu)勢(shì)是無損傷、操作方便、清除可針對(duì)性、對(duì)油性灰塵有一定的效果，缺點(diǎn)是此方法如果使用不當(dāng)，易越清越臟，適得其反。

圖像采集卡

圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口。黑白、彩色、模擬、數(shù)字等。這張采集卡的作用將攝像頭與PC連接起來。它從攝像頭中獲得數(shù)據(jù)（模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)），然后轉(zhuǎn)換成PC能處理的信息。

圖像采集卡類別

根據(jù)輸入信號(hào)可分為模擬圖像采集卡和數(shù)字圖像采集卡，根據(jù)采集信號(hào)顏色可分為黑白圖像采集卡和彩色圖像采集卡。

分辨率和像素

分辨率和像素是成正比的，像素越大，分辨率越高。像素越高，最大輸出的影像分辨率也越高。

Sensor靶面與圖像尺寸

工業(yè)相機(jī)中的CCD/CMOS芯片尺寸與圖像尺寸關(guān)系表如下。

來源：機(jī)器視覺沙龍

審核編輯：湯梓紅