工业相机相关知识科普

提高灵敏度

可以通过设置以下功能来实现。

白平衡调节

白平衡，顾名思义，即白色的平衡。由于人眼的适应性，在不同色温下，都能准确判断出白色，但是相机在不同色温的光源下，图像会出现偏色，与人眼看到的颜色不一致，因此需要进行白平衡处理。在数码相机中，往往有ISP，这里面会做AWB（自动白平衡）处理。

简单地说白平衡就是无论环境光线如何，仍然把“白”定义为“白”的一种功能。由于CCD传感器本身没有这种功能，因此就有必要对它输出的信号进行一定的修正，这种修正就叫做白平衡。

颜色实质上就是对光线的解释，在正常光线下看起来是白颜色的东西在较暗的光线下看起来可能就不是白色，还有荧光灯下的“白”也是“非白”。对于这一切如果能调整白平衡，则在所得到的照片中就能正确地以“白”为基色来还原其他颜色。所以白平衡控制就是通过图像调整，使在各种光线条件下拍摄出的照片色彩和人眼所看到的景物色彩完全相同。

工业相机内部有三个CCD电子耦合元件，他们分别感受蓝色、绿色、红色的光线，在预置情况下这三个感光电路电子放大比例是相同的，为1：1：1的关系，白平衡的调整就是根据被调校的景物改变了这种比例关系。比如被调校景物的蓝、绿、红色光的比例关系是2：1：1（蓝光比例多，色温偏高），那么白平衡调整后的比例关系为1：2：2，调整后的电路放大比例中明显蓝的比例减少，增加了绿和红的比例，这样被调校景物通过白平衡调整电路到所拍摄的影像蓝、绿、红的比例才会相同。也就是说如果被调校的白色偏一点蓝，那么白平衡调整就改变正常的比例关系减弱蓝电路的放大，同时增加绿和红的比例，使所成影像依然为白色。

相机白平衡这一参数可用来调节图像中红色和蓝色的色度，以得到逼真的色彩。可通过手动或自动方式控制这些值。自动白平衡功能提供两种操作模式。自动，对视频数据流持续实施白平衡操作。单触，只触发一次调节过程。普通的多媒体相机只提供一个白平衡参数，所以增加红色色值会减少蓝色色值，反之亦然。高质量的相机提供两个参数，因此可以分别调节红和蓝的色值。

提高均匀性

提高信噪比

1.固定噪声校正

该方法需测量和存储各像素的固定图像信号，设置校正电路或校正软件，用校正电路或校正软件固定图像噪声。可消除各像素的传输门的压降和内阻不一致，消除各像素的偏压不一致，提高图像质量，提高图像测量精度。

2.低温工作

用半导体致冷器将成像器件致冷，降低成像器件的热噪声，适合弱光，需长时间场合。

3.相关双采样

在一次曝光前后分别进行两次采样，输出曝光前后采样值之差，可消除KTC（像素复位）噪声。

提高动态范围

相机动态范围成像的目的就是要正确地表示真实世界中从太阳光直射到最暗的阴影这样大的范围亮度，以下技术可以提高相机动态范围。

提高图像质量

在机器视觉系统中，相机需要采集图像，有时候采集的图像质量一般，这就需要通过调整工业相机的一些功能参数来提高图像质量，以下技术可提高图像质量。

机械与电子快门

1.机械快门

用弹簧或是电磁手段，控制几片叶片的开闭，或是两层帘幕像舞台“拉幕”一样左右或上下以一定宽度的缝隙“划过”成像像场窗口，让窗口获得指定时间长短的“见光机会”――这就使通常的机械快门概念。

2.电子快门

它实际上并没有“门”，而是利用了CCD不通电不工作的原理，在CCD不通电的情况下，尽管像场窗口“大敞开”，但是并不能产生图像。如果在按下快门钮时，使用电子时间电路，使CCD只通电“一个指定的时间长短”，就也能获得像有快门“瞬间打开”一样的效果。电子快门简单，成本也要低得多。但是要注意，如果镜头长时间对着强光，那样通过镜头的聚焦作用，很容易烧坏后边“大敞门”的CCD器件。

3.区别

往往袖珍卡片数码相机和其它中、低档数码相机采用电子快门，而高级家用数码机和所有的数码单反相机，都毫无例外地采用机械快门。数码单反的机械快门，实际上和它的原型胶片相机快门总成是一样的，没有很大的区别。所以使用寿命、维护都没有特殊的新要求。另外，利用了电子快门的特点，让CCD在机械快门打开的同时，受到电子快门的瞬间控制，可在低成本前提下实现特殊的要求。

数字与模拟工业相机

1.数字相机

大多使用并行接口标准，一个良好的标准，提供了大范围的采集速度，图像尺寸，像素深度。并行相机通常需要用户订制电缆和接头，来配合采集卡。其技术优势主要有。高速，高像素深度，大图像尺寸。容易配置相机参数和别的功能。缺点。没有物理或协议标准来接采集卡，需要定制电缆和接头，价格相对较昂贵。

2.模拟相机

是众多应用的理想选择，因为它有成熟的技术，简单的连线，低成本。连线简单，仅需一根BNC线连接相机到采集卡，而且价格便宜。标准640x480像素分辨率，30帧/秒，满足大多数常见应用。

Sensor清理

1.吸力吸除法

这种方法是利用涡轮式或活塞式的吸尘泵的吸力吸除工业相机CCD表面的灰尘，工作原理与我们家庭使用的吸尘器是一样的，因此，其存在的优缺点也是一致的。这种方法的优点在于非接触吸尘，对CCD无损伤。缺点则是此方法只对于干性浮尘有吸除作用，而对于有附着力的灰尘、油渍等却不是很有效。

2.粘性粘尘法

这种方法是利用橡胶棒或低粘性的胶纸等来粘除工业相机CCD表面上的灰尘。这种方法操作简单，但效果一般，容易在清理后留下更难清理的胶印，造成二次污染，因此，这种方法并不太建议使用。

3.静电吸附法

这种方法是利用具有静电的柔软刷毛吸附工业相机CCD表面的灰尘，此方法与吸力吸除法一样，具备同样的优缺点，在选择使用哪种方法时，主要看哪种工具取材方便而已。

4.纤维清洁法

这是一种是采用质地柔软的微纤维材料，沾上发挥性清洁溶液，深入CCD内部进行清理的方法。这里所说的发挥性清洁溶液最好是浓度90%以上的纯酒精，不要使用异丙醇，异丙醇能吸收空气中的水分，清理时易在工业相机CCD表面留下液体痕迹。也最好不要使用甲醇，甲醇是一种剧毒物质。此方法的优势是无损伤、操作方便、清除可针对性、对油性灰尘有一定的效果，缺点是此方法如果使用不当，易越清越脏，适得其反。

图像采集卡

图像采集卡只是完整的机器视觉系统的一个部件，但是它扮演一个非常重要的角色。图像采集卡直接决定了摄像头的接口。黑白、彩色、模拟、数字等。这张采集卡的作用将摄像头与PC连接起来。它从摄像头中获得数据（模拟信号或数字信号），然后转换成PC能处理的信息。

图像采集卡类别

根据输入信号可分为模拟图像采集卡和数字图像采集卡，根据采集信号颜色可分为黑白图像采集卡和彩色图像采集卡。

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，最大输出的影像分辨率也越高。

Sensor靶面与图像尺寸

工业相机中的CCD/CMOS芯片尺寸与图像尺寸关系表如下。

来源：机器视觉沙龙

审核编辑：汤梓红