01

你(ni)需要黑白相機(ji)還是彩色相機(ji)？

一張圖(tu)像(xiang)是由一個(ge)(ge)(ge)(ge)個(ge)(ge)(ge)(ge)像(xiang)素(su)點陣列(lie)構成的(de)，每個(ge)(ge)(ge)(ge)像(xiang)素(su)點都代表著一個(ge)(ge)(ge)(ge)數值，這(zhe)個(ge)(ge)(ge)(ge)數值稱為(wei)像(xiang)素(su)值，它的(de)含(han)義(yi)為(wei)像(xiang)素(su)點的(de)顏色(se)強度(du)。

彩(cai)色圖像                                                                                         黑白圖像

A、清晰度的區別

彩(cai)(cai)(cai)色(se)相(xiang)機(ji)芯(xin)片(pian)(pian)傳感(gan)器(qi)和(he)黑白(bai)相(xiang)機(ji)芯(xin)片(pian)(pian)傳感(gan)器(qi)在(zai)結構上沒有(you)太大的(de)(de)(de)區別，而黑白(bai)相(xiang)機(ji)一(yi)般是在(zai)單色(se)像素上加(jia)上濾色(se)片(pian)(pian)，只允(yun)許(xu)一(yi)種顏色(se)的(de)(de)(de)光通(tong)過光感(gan)芯(xin)片(pian)(pian)， 從而得到“黑白(bai)”的(de)(de)(de)顏色(se)。在(zai)彩(cai)(cai)(cai)色(se)相(xiang)機(ji)中(zhong)，需要(yao)算法處理多(duo)通(tong)道的(de)(de)(de)顏色(se)分(fen)(fen)量，使得彩(cai)(cai)(cai)色(se)圖像中(zhong)像素邊緣精(jing)度丟失，所以彩(cai)(cai)(cai)色(se)相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)實際分(fen)(fen)辨率要(yao)比黑白(bai)相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)辨率要(yao)低。

B、靈敏度的區別

在(zai)相機芯(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)傳感(gan)器中每一個(ge)像素(su)前面都有濾(lv)(lv)色片(pian)(pian)(pian)，這(zhe)將導致像素(su)接收(shou)的光(guang)量減(jian)少(shao)(shao)幾倍，另外(wai)，因為(wei)人眼只能看到可見光(guang)，為(wei)了(le)使色彩信息(xi)接近人眼的習慣，一般需在(zai)感(gan)光(guang)芯(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)前再加一個(ge)紅外(wai)截至濾(lv)(lv)光(guang)片(pian)(pian)(pian)，又進一步減(jian)少(shao)(shao)像素(su)接收(shou)的光(guang)量，這(zhe)些問題將導致彩色感(gan)光(guang)芯(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)的靈(ling)敏度比(bi)同(tong)類黑白感(gan)光(guang)芯(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)的靈(ling)敏度低很多(duo)。 

綜上所述

只(zhi)有在需(xu)(xu)要(yao)檢(jian)測(ce)顏(yan)色(se)信息的(de)(de)場(chang)(chang)合，如醫(yi)學(xue)電(dian)子目(mu)鏡，彩(cai)(cai)色(se)印刷品檢(jian)測(ce)等場(chang)(chang)合，才需(xu)(xu)要(yao)使用(yong)彩(cai)(cai)色(se)相機，其他的(de)(de)如文字識別，尺寸測(ce)量等，一般選(xuan)用(yong)黑(hei)白(bai)相機。有一些檢(jian)測(ce)場(chang)(chang)合不需(xu)(xu)要(yao)檢(jian)測(ce)顏(yan)色(se)信息，但因(yin)為(wei)檢(jian)測(ce)物體是彩(cai)(cai)色(se)的(de)(de)，而且(qie)目(mu)標和背(bei)景的(de)(de)灰(hui)度(du)級(ji)接近，這(zhe)時(shi)(shi)，如果使用(yong)黑(hei)白(bai)相機，則對比度(du)不強烈(lie)，而使用(yong)彩(cai)(cai)色(se)相機，可以通過設置不同(tong)的(de)(de) RGB 增益，起到(dao)增強對比度(du)的(de)(de)效果。這(zhe)時(shi)(shi)，會選(xuan)擇彩(cai)(cai)色(se)相機。

02

你需要多大(da)的圖(tu)像(xiang)分辨率？

在檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)區域一定的(de)(de)(de)(de)前(qian)提下，相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)(de)分辨率越高(gao)，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)的(de)(de)(de)(de)精(jing)度也就越高(gao)，當然，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)精(jing)度還和檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)算法(fa)有關系。如面積、形狀、尺寸、位置(zhi)等(deng)的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量時，優先考(kao)慮面陣相(xiang)機(ji)。如被測(ce)(ce)視野(ye)為細(xi)長的(de)(de)(de)(de)帶狀，類(lei)似(si)滾筒上的(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)或(huo)者需要極(ji)大的(de)(de)(de)(de)視野(ye)或(huo)極(ji)高(gao)的(de)(de)(de)(de)精(jing)度時，考(kao)慮使用線(xian)陣相(xiang)機(ji)。

a

面陣相機案例說明

我們(men)暫(zan)且假定(ding)算法的精度是一個像(xiang)素，如果(guo)您的要求是這樣的：

· 

需要檢測的某個方向的尺寸為(wei) X。

希望檢測(ce)的精度為△X。

· 

那么我們需要的分辨率就是： X / △X。

如，檢測一個(ge)長度(du)寸約為10mm 的工件(jian)，精度(du)為0.01mm，則圖像(xiang)寬度(du)需(xu)要(yao) 10/0.01＝1000像(xiang)素。 

假(jia)設檢測一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)物體的(de)(de)(de)(de)表面(mian)劃痕，要(yao)(yao)求(qiu)拍(pai)攝(she)的(de)(de)(de)(de)物體大小(xiao)為(wei)10*8mm,要(yao)(yao)求(qiu)的(de)(de)(de)(de)檢測精度(du)是(shi)0.01mm。首(shou)先假(jia)設我們要(yao)(yao)拍(pai)攝(she)的(de)(de)(de)(de)視野(ye)范(fan)圍在12*10mm,那么(me)相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)(de)最(zui)低分(fen)辨率應該選(xuan)擇(ze)在：(12/0.01)*(10/0.01)=1200*1000,約(yue)為(wei)120萬(wan)(wan)像素(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)機(ji)，也就(jiu)是(shi)說一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)像素(su)(su)(su)對應一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)檢測的(de)(de)(de)(de)缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)話(hua)，那么(me)最(zui)低分(fen)辨率必須不(bu)少(shao)于(yu)120萬(wan)(wan)像素(su)(su)(su)，但市面(mian)上(shang)常(chang)見的(de)(de)(de)(de)是(shi)130萬(wan)(wan)像素(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)機(ji)，因(yin)此(ci)一(yi)(yi)般(ban)而言是(shi)選(xuan)用130萬(wan)(wan)像素(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)機(ji)。但實際問題是(shi)，如果一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)像素(su)(su)(su)對應一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)話(hua)，那么(me)這(zhe)(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)系(xi)統(tong)(tong)一(yi)(yi)定會極不(bu)穩定，因(yin)為(wei)隨便的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)干擾像素(su)(su)(su)點都可能被(bei)誤認(ren)為(wei)缺(que)陷，所以(yi)我們為(wei)了提(ti)高(gao)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)精準度(du)和穩定性，最(zui)好取缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)面(mian)積(ji)在3到4個(ge)(ge)(ge)像素(su)(su)(su)以(yi)上(shang)，這(zhe)(zhe)樣我們選(xuan)擇(ze)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)機(ji)也就(jiu)在130萬(wan)(wan)乘3以(yi)上(shang)，即最(zui)低不(bu)能少(shao)于(yu)300萬(wan)(wan)像素(su)(su)(su)，通常(chang)采用300萬(wan)(wan)像素(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)機(ji)為(wei)最(zui)佳 。

b

線陣相機案例說明

1.計算分辯率:幅寬除以最小檢測精度得出每行需要的像素
2.選定相機:幅寬除以像素數得出實際檢測精度。
3.每(mei)(mei)秒(miao)運動速度(du)長度(du)除以精度(du)得出每(mei)(mei)秒(miao)掃描行數。

例如如幅寬(kuan)為1600毫米、精度(du)1毫米、運動速22000mm/s

相機：1600/1＝1600像素
最少2000像素，選定為2k相機
1600/2048＝0.8實際精度
22000mm/0.8mm＝27.5KHz
應選定相(xiang)機為(wei)2048像素28kHz相(xiang)機

03

你(ni)需要多高的輸出幀(zhen)率？

根(gen)據要檢(jian)測的(de)速(su)度，選擇相機的(de)幀率(lv)一(yi)定要大于(yu)或等(deng)于(yu)檢(jian)測速(su)度，等(deng)于(yu)的(de)情況就是你處理圖像的(de)時間(jian)一(yi)定要快，一(yi)定要在相機的(de)曝光和傳輸的(de)時間(jian)內完成。

a

應用場合舉例說明

1.實時監控或觀察：輸出幀率(lv) > 25fps

2.自動檢(jian)測(ce)：輸出幀率 > 每秒鐘檢(jian)測(ce)工(gong)件的個數

3.高速記錄(lu)和檢測場合需要 200 fps 甚至更高的輸出幀率

相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)的(de)(de)幀(zhen)頻(pin)一(yi)般和兩個因素有(you)關，一(yi)是(shi)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)使用(yong)的(de)(de)感光芯片的(de)(de)輸(shu)出幀(zhen)頻(pin)，而是(shi)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)能(neng)夠傳(chuan)(chuan)輸(shu)的(de)(de)幀(zhen)頻(pin)，一(yi)般，相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)選用(yong)的(de)(de)接口都是(shi)能(neng)將(jiang)(jiang)感光芯片產生的(de)(de)圖(tu)象(xiang)完整的(de)(de)傳(chuan)(chuan)輸(shu)到主機(ji)(ji)的(de)(de)，但一(yi)些低成本(ben)的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)或做的(de)(de)不好的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)也有(you)可(ke)能(neng)不能(neng)將(jiang)(jiang)感光芯片產生的(de)(de)圖(tu)象(xiang)完整的(de)(de)傳(chuan)(chuan)輸(shu)到主機(ji)(ji)，就是(shi)通常所謂的(de)(de)丟幀(zhen)。 

b

幀頻與行頻

幀(zhen)(zhen)(zhen)頻(pin)是和(he)分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)相(xiang)關的，因(yin)為(wei)“幀(zhen)(zhen)(zhen)頻(pin)×分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)＝帶寬(kuan)”。比如，分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)為(wei)1280×1024 的相(xiang)機(ji)，也就(jiu)是 1.25M，每秒(miao) 28 幀(zhen)(zhen)(zhen)，則(ze)帶寬(kuan)就(jiu)是 35M。包括感光芯(xin)片、傳(chuan)輸接口等，都有(you)一(yi)定的帶寬(kuan)瓶頸，所以，要看一(yi)款相(xiang)機(ji)的幀(zhen)(zhen)(zhen)頻(pin)是否能滿足要求，必須看是在多(duo)大分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)下幀(zhen)(zhen)(zhen)頻(pin)多(duo)高。

對于(yu)線(xian)陣(zhen)來(lai)(lai)說，因為只有(you)(you)(you)(you)一(yi)行，所以，一(yi)般不(bu)叫幀頻(pin)，叫行頻(pin)。即，每秒多少行。如果認為線(xian)陣(zhen)一(yi)行就(jiu)是(shi)(shi)一(yi)幀的(de)話(hua)，這和幀頻(pin)其實是(shi)(shi)一(yi)個(ge)(ge)概(gai)(gai)念(nian)。線(xian)陣(zhen)里還有(you)(you)(you)(you)一(yi)個(ge)(ge)像(xiang)(xiang)素(su)(su)時鐘的(de)概(gai)(gai)念(nian)。就(jiu)是(shi)(shi)每秒能(neng)有(you)(you)(you)(you)多少個(ge)(ge)像(xiang)(xiang)素(su)(su)輸(shu)出。這和行頻(pin)、幀頻(pin)有(you)(you)(you)(you)大概(gai)(gai)的(de)對應關系(xi)。如，像(xiang)(xiang)素(su)(su)時鐘是(shi)(shi) 40M，則一(yi)秒有(you)(you)(you)(you) 40M 個(ge)(ge)像(xiang)(xiang)素(su)(su)輸(shu)出，一(yi)行有(you)(you)(you)(you) 2048 個(ge)(ge)像(xiang)(xiang)素(su)(su)，則行頻(pin)就(jiu)是(shi)(shi) 40M/2048＝20K。對于(yu)面(mian)陣(zhen)來(lai)(lai)說，道理是(shi)(shi)一(yi)樣(yang)的(de)，但面(mian)陣(zhen)很少提(ti)及像(xiang)(xiang)素(su)(su)時鐘這個(ge)(ge)概(gai)(gai)念(nian)。

04

你需(xu)要CCD相機還是CMOS相機？

按感(gan)光(guang)芯(xin)片(pian)的(de)結構分，可(ke)以分為 CCD 和(he) CMOS 兩種。具體(ti)的(de)又有(you)很(hen)多種，這里我們列舉幾種比較(jiao)常見(jian)的(de)： 

· 

全幀 CCD

· 

幀轉移 CCD

· 

逐(zhu)行掃描行間轉移(yi) CCD

· 

隔行掃(sao)描行間轉移 CCD

· 

3T CMOS滾動(dong)快門或卷簾快門

· 

4T CMOS串行全(quan)幀快門

· 

5T CMOS并行全幀快門

· 

線陣 CCD

· 

      以上結(jie)構中，在工業檢測領域(yu)應(ying)用最多的是逐(zhu)行(xing)掃描(miao)行(xing)間轉移 CCD、隔行(xing)掃描(miao)行(xing)間轉移CCD、3T CMOS 滾動快(kuai)門或卷簾(lian)快(kuai)門和 4T CMOS 串行(xing)全幀快(kuai)門。 

a

選型原則

拍攝(she)的(de)(de)物體(ti)是(shi)否運動，如果(guo)拍攝(she)的(de)(de)物體(ti)是(shi)運動的(de)(de)，則不(bu)能選(xuan)用卷簾快門的(de)(de)CMOS 相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)和隔(ge)行掃(sao)描行間(jian)轉(zhuan)移(yi)CCD，可以(yi)選(xuan)用全幀快門CMOS 相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)，或者是(shi)行間(jian)轉(zhuan)移(yi) CCD。一般(ban)，只(zhi)能拍靜止(zhi)物體(ti)的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)價格相(xiang)(xiang)(xiang)對低(di)一些(xie)，而且，由于結構簡單，性(xing)能會比(bi)較不(bu)錯，所(suo)以(yi)，在只(zhi)需要拍攝(she)靜止(zhi)物體(ti)的(de)(de)場(chang)合，選(xuan)擇卷簾快門的(de)(de) CMOS 相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)會是(shi)不(bu)錯的(de)(de)選(xuan)擇。 

b

CCD與CMOS區別(bie)

CCD 和 CMOS 是(shi)(shi)兩種(zhong)不同的(de)(de)(de)成(cheng)像(xiang)芯(xin)片結構，很難說哪種(zhong)更好一(yi)些。常見的(de)(de)(de)芯(xin)片中(zhong)，由(you)于(yu) CMOS 的(de)(de)(de)集成(cheng)度比(bi)較高(gao)，功耗小，適合在手機、QQ 攝(she)像(xiang)頭中(zhong)使(shi)用(yong)，所(suo)以(yi)，CMOS 目(mu)前的(de)(de)(de)發展方向是(shi)(shi)像(xiang)素尺寸(cun)比(bi)較小、低成(cheng)本，高(gao)性(xing)價(jia)比(bi)。這也使(shi)大家有一(yi)個感(gan)覺，就(jiu)是(shi)(shi) CMOS的(de)(de)(de)價(jia)格和性(xing)能都比(bi)較低，其實這是(shi)(shi)不準確的(de)(de)(de)，CCD 也有低端和高(gao)端的(de)(de)(de)，CMOS 也是(shi)(shi)一(yi)樣，所(suo)以(yi)，很難說 CMOS 就(jiu)是(shi)(shi)比(bi) CCD 差。這只是(shi)(shi)兩種(zhong)不同的(de)(de)(de)工藝。 

05

你需要如(ru)何設置(zhi)相機最(zui)短的(de)曝光時間？

如(ru)果您(nin)需(xu)要抓拍運(yun)動(dong)(dong)(dong)物體，是(shi)不是(shi)選用適合抓拍運(yun)動(dong)(dong)(dong)物體的相(xiang)機，如(ru)轉(zhuan)移型 CCD，或(huo)全幀快門 CMOS 相(xiang)機就(jiu)可以了呢(ni)？答案是(shi)否定的，您(nin)還需(xu)要設(she)置合適的曝光時(shi)間，因(yin)為相(xiang)機在抓拍運(yun)動(dong)(dong)(dong)的物體時(shi)會由于積分效(xiao)應不可避免的會產(chan)生不同程度運(yun)動(dong)(dong)(dong)模糊。 

a

應用案例說明

要想拍到(dao)(dao)清晰的(de)(de)(de)(de)高(gao)速(su)運(yun)動物體，準則就是(shi)，在曝光時(shi)間△T內，物體成的(de)(de)(de)(de)像在感(gan)光面上移動的(de)(de)(de)(de)距離不超過(guo)一個(ge)像素。例(li)如：對 10mm 的(de)(de)(de)(de)物體，要求分辨精度(du)到(dao)(dao) 10um，那(nei)么需(xu)要 1000像素的(de)(de)(de)(de)分辨率，即每一個(ge)像素對應(ying)物體的(de)(de)(de)(de)物空間長(chang)度(du)是(shi) 100um，依據準則，曝光時(shi)間△T 內物體運(yun)動的(de)(de)(de)(de)距離應(ying)該不超過(guo) 100um，假設(she)物體運(yun)動的(de)(de)(de)(de)物體為 V=5m/s，那(nei)么有：

V×Texp < 100um； 

Texp < 20us ； 

一個簡單的計算曝光時間的公式是： 

Texp < 視野寬(kuan)度/（圖像寬(kuan)度×物體(ti)該方向移動速度） ;

或(huo) Texp < 視(shi)野高度(du)(du)/（圖像高度(du)(du)×物體該方向移動速度(du)(du)）

不(bu)過，曝光時間太短(duan)，如果相機(ji)的靈敏度不(bu)是很高，圖象就會(hui)太暗。不(bu)過在(zai)工業檢測場但是，有些場合(he)，比(bi)(bi)如，交通(tong)上的高速道(dao)路抓拍(pai)，因為(wei)無法加(jia)光源，而車的運動速度又比(bi)(bi)較快，所以，這時就需要對相機(ji)的靈敏度提出很高的要求了。