當(dāng)您在設(shè)計圖像處理系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)時，您可能會發(fā)現(xiàn)有眾多需要考慮的問題或諸多選擇，比如一系列令人眼花繚亂的相機型號；各種性能指標(biāo)、相關(guān)的功能，以及可能用到的種種應(yīng)用將您團團困住。。。

其實，您現(xiàn)在需要的是一位向?qū)�。他即可以幫您刪繁就簡，亦能助您為視覺應(yīng)用選擇正確相機，最終找到所需要的型號。

讓我們逐步列出相關(guān)條件或環(huán)節(jié)，從而使您做出正確決擇，為您的系統(tǒng)需求找到合適且理想的設(shè)備。

首先，我們先進行一次清晰的自我評估。僅問自己兩個問題：

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我需要用相機來拍攝什么物體或內(nèi)容？

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我的相機必須具備哪些特性才能夠精確呈現(xiàn)這些內(nèi)容？

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通過這兩個問題的答案通常就可以得到一個清晰的初步指導(dǎo)意見，將有引以下兩個方向之一：

            工業(yè)(MV)相機

網(wǎng)絡(luò)(IP)相機

相機選型第1步： 網(wǎng)絡(luò)相機還是工業(yè)相機？

用于圖像處理系統(tǒng)的相機可分為工業(yè)/機器視覺(MV)或網(wǎng)絡(luò)/IP（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）相機兩類。

網(wǎng)絡(luò)相機錄制視頻。網(wǎng)絡(luò)相機廣泛使用于典型監(jiān)控應(yīng)用之中，同時也可與工業(yè)相機結(jié)合使用。以下是這種相機的一些典型特性：

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通常會有堅固的外殼保護，外殼具有抗震功能，能適應(yīng)任何天氣變化，這使相機適用于室內(nèi)和室外環(huán)境。

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各種不同功能（例如晝/夜模式）以及特殊的紅外濾光片使相機能夠提供卓越的成像質(zhì)量，即使環(huán)境光源或天氣情況極差的情況下亦可使用。

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可壓縮所記錄的圖像，這樣可以減少數(shù)據(jù)量，也能使所有數(shù)據(jù)均可存儲在相機內(nèi)。通過連接到網(wǎng)絡(luò)，理論上可讓無限數(shù)量的用戶訪問該相機。

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相比之下，工業(yè)相機的特點是：

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會以未經(jīng)壓縮原始數(shù)據(jù)形式將圖像直接傳輸至PC；然后PC負(fù)責(zé)處理相對大量的數(shù)據(jù)。該方法的優(yōu)點是不會丟失任何圖像信息。

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工業(yè)相機包含兩種技術(shù)：面陣相機和線陣相機。它們拍攝圖像的方式不同，具體與視覺應(yīng)用的類型相關(guān)。

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Q&A1： 面陣相機和線陣相機是怎樣拍攝圖像的？

面陣

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面陣相機裝配了長方形芯片，配有多個可同時被曝光的像素行。因此，圖像數(shù)據(jù)可在單一步驟中被捕捉和記錄并同步處理。

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面陣相機通常在各種不同工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域、醫(yī)療和生命科學(xué)領(lǐng)域、交通運輸領(lǐng)域或安全與監(jiān)視領(lǐng)域中使用，通常作為對網(wǎng)絡(luò)相機的補充。

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線陣

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相比之下，線陣相機則使用一款備有1、2或3行像素的芯片。圖像數(shù)據(jù)將按行拍攝，而獨立的像素行將在處理階段中重新組成完整的圖像。到底應(yīng)該選擇面陣相機，還是線陣相機，取決于您的應(yīng)用以及應(yīng)用的要求。

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在檢測傳送帶上以極快速度傳送的產(chǎn)品時會廣泛用到線陣相機。典型的工業(yè)應(yīng)用包括印刷、分揀和包裝、食品飲料以及各種表面檢驗。

網(wǎng)絡(luò)相機

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網(wǎng)絡(luò)相機可用于各種監(jiān)視任務(wù)，包括航運企業(yè)與包裝系統(tǒng)中的流程控制，以及建筑物與交通的監(jiān)視系統(tǒng)。它們通常用于：銀行、賭場、公司園區(qū)和公共建筑，以及港口和貨運中心等物流和運輸中心。

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相機選型環(huán)節(jié)第2步： 黑白相機還是彩色相機？

該環(huán)節(jié)主要取決于您的應(yīng)用目的：您需要什么樣的圖像。為了評估結(jié)果，您需要彩色圖像嗎？還是黑白圖像即可滿足要求？ 若不，那黑白相機通常更適合，因為它們更靈敏，所呈現(xiàn)出的圖像細節(jié)更加豐富。比如智能交通系統(tǒng)方面的應(yīng)用，經(jīng)常會將黑白相機與彩色相機相結(jié)合使用以符合特定國家/地區(qū)對于為保存證據(jù)圖像的法律要求。

相機選型環(huán)節(jié)第3步： 芯片類型、快門技術(shù)、幀速率

這一步需要挑選適合的芯片（即采用CMOS或 CCD芯片技術(shù)）以及選擇快門技術(shù)的類型（即全局快門或滾動快門）。之后要考慮問題則的是幀速率，這個指標(biāo)是相機為了能夠順暢處理任務(wù)每秒必須提供的圖像數(shù)量。

1、芯片類型

Q&A2： CCD還是CMOS？

兩種不同的芯片技術(shù)基本差別在于其技術(shù)結(jié)構(gòu)。

在CMOS芯片中，將光能（具體而言是指光子）轉(zhuǎn)化成電信號（電子）的電子元件直接集成在芯片表面。因此電子元件能夠更快速地讀取成像數(shù)據(jù)，用戶能夠更靈活地調(diào)整成像范圍，使CMOS芯片能夠更快速地拍攝圖像。CMOS芯片在消費者市場上被廣泛使用，例如單反相機。

CCD芯片使用完整的芯片表面拍攝光線，芯片表面上沒有安裝任何轉(zhuǎn)化電子元件。這使表面擁有較多的像素空間，亦代表著能夠拍攝的光線將更多。因此這類芯片對于光線特別靈敏，特別適用于弱光條件的應(yīng)用（例如天文學(xué)）。CCD芯片能夠在速度較慢的應(yīng)用中提供卓越圖像質(zhì)量，雖然該芯片的結(jié)構(gòu)以及其傳輸與處理圖像數(shù)據(jù)的方式已逐漸將成像速度提高至極限。

CMOS芯片技術(shù)在近年來不斷改進，如今已適用于幾乎任何一種圖像處理應(yīng)用。CMOS芯片具備

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出眾的性價比

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高成像速度

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高分辨率

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低功耗

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高量子效率

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這些特性讓CMOS芯片在CCD芯片以往獨占鰲頭的領(lǐng)域中取得了立足之地。高成像速度與出眾的圖像質(zhì)量的結(jié)合是當(dāng)代CMOS芯片的突出賣點之一。

CMOS面陣芯片和CCD芯片

快門技術(shù)

有一項簡單但非常重要的要求：快門必須與應(yīng)用匹配�？扉T能夠保護相機內(nèi)部的芯片不受入射光線的影響，且只有在曝光時才會打開。所選的曝光時間將會確保像素接收適當(dāng)數(shù)量的光子，并決定快門維持打開狀態(tài)的時間。全局快門和滾動快門的差別在于吸收光線的方式。

Q&A3： 全局快門和滾動快門的工作方式

全局快門會打開并讓光線一次性地接觸整個芯片表面。依幀速率而定，移動中的目標(biāo)會快速地被連續(xù)拍攝到。全局快門是需要拍攝快速移動目標(biāo)的應(yīng)用的首選，例如交通與運輸領(lǐng)域，物流領(lǐng)域以及印刷材料的檢測。

滾動快門則是逐行來曝光圖像。根據(jù)所選的曝光時間不同，當(dāng)目標(biāo)在曝光過程中移動時，可能會發(fā)生失真，這也就是所謂的滾動快門效應(yīng)。但是，并非涉及移動目標(biāo)的應(yīng)用就完全無法使用滾動快門。在多數(shù)情況下，該效應(yīng)可通過正確配置曝光時間以及使用外置閃光燈來規(guī)避。

對于滾動快門，曝光時間不會同時開始和結(jié)束，而是按行分別進行： 圖解顯示了相片上各行的逐行曝光。

幀速率

與“每秒多少幀圖像”或“fps”含義相同；而對于線陣相機，則與“行頻”或“行頻率”含義相同。幀速率描述芯片可在每秒鐘拍攝與傳輸?shù)膱D像數(shù)量。

幀速率越高，芯片速度越快。=> 芯片越快，它每秒拍攝到的圖像就越多。=> 圖像越多，數(shù)據(jù)量就越大。

對于快速移動的應(yīng)用（例如印刷版圖形的檢測），報紙將會快速與相機檢測點擦身而過，而相機必須能夠在毫秒內(nèi)進行“拍攝”。

通常只需低幀速率的醫(yī)藥與工業(yè)領(lǐng)域的顯微鏡檢測相差甚遠。

對于面陣相機，圖像數(shù)量與數(shù)據(jù)量在很大程度上是依使用的接口而定。同時，這也取決于所使用的幀速率是低速的10 fps還是高（快）速的340 fps。圖像處理系統(tǒng)內(nèi)的相機所需拍攝的目標(biāo)決定能夠使用或所需使用的幀速率。

相機選型環(huán)節(jié)第4步： 分辨率、芯片與像素尺寸

分辨率

查閱您相機的規(guī)格，您會看到“2048x1088”。這個數(shù)字確切指什么？ 它

指的是每行的像素數(shù)量，而在以上例子中亦指每條水平行擁有2048個像素，每條垂直行則擁有1088個像素。將兩個數(shù)字相乘就會得到分辨率，即2,228,224或220萬像素（百萬像素或簡稱“MP”）。

要確定您的應(yīng)用需要多少分辨率，可進行幾項簡單計算：

Q&A4： 如何確定所需要的分辨率

舉例來說，您想要拍攝某人眼睛的精確彩色圖像，該人士身高2m且站立在一個特定的位置上

= > 要清晰識別1 mm大的細節(jié)，您需要4百萬像素的分辨率。

芯片與像素尺寸

實例1：
先看簡單的部分：大芯片和大像素表面可以拍攝到更多的光線。芯片使用光線作為信號，生成與處理圖像數(shù)據(jù)。到目前為止，就這么簡單�，F(xiàn)在我們繼續(xù)： 可使用的表面積越大，信噪比(SNR)就越高，尤其是那些尺寸為3.5μm或更大的大型像素。信噪比SNR越高，成像質(zhì)量越好。42 dB的信噪比SNR會被視為可靠效果。

實例2： 大尺寸芯片提供較大的空間，可容納較多的像素，因而提供較高的分辨率。其實大型芯片的真正優(yōu)勢在于單個像素的尺寸仍足以確保取得較好的信噪比SNR，而較小的芯片所能夠使用的空間不多，因此需要使用尺寸較小的像素。

實例3：
但是如果大型芯片以及大量的大型像素未搭配合適的光學(xué)配件，則無法達到理想效果。只有與可以解析這一高分辨率的合適鏡頭結(jié)合使用，它們才能發(fā)揮全部潛力。

實例4：
大型芯片的成本總是更為昂貴，因為更大空間需要使用更多的硅。

相機選型環(huán)節(jié)第5步： 接口與外殼尺寸

接口

接口是相機與PC之間的連接點，將來自相機芯片的圖像數(shù)據(jù)從硬件（相機芯片）傳輸?shù)杰浖�（處理圖像的組件）。找到適用于您的應(yīng)用的理想接口意味著：通過對一系列不同因素進行權(quán)衡，找出性能、成本和可靠性的理想平衡。

依據(jù)您的應(yīng)用要求，您可選擇使用Camera Link、GigE或是USB 3.0，從中尋找最佳的特性組合，以便快速、簡潔及安全地將圖像數(shù)據(jù)從相機傳輸至PC。

Q&A5： 接口技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

GigE Vision、USB 3.0 Vision和Camera Link是目前普遍采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可保證相機接口與符合標(biāo)準(zhǔn)的組件和附件兼容。每項技術(shù)都旨在滿足帶寬、多相機體系、線材長度等方面的一系列具體要求。

1394 (FireWire)和USB 2.0是比較舊的技術(shù)，這些技術(shù)因其自身限制，不再無保留地推薦用于目前的圖像處理系統(tǒng)。

接口比較

外殼

與接口選擇直接關(guān)聯(lián)的是相機外殼的尺寸。它對于視覺系統(tǒng)的總體集成來說很重要。在某些應(yīng)用中，多臺相機會并排安裝（稱為多相機體系）以便能夠更好地拍攝下材料卷帶的整個寬度，每一毫米空間都非常重要。

尺寸很重要，尤其是在多相機體系中。

Basler提供的產(chǎn)品線包括了29 mm x 29 mm的Basler ace系列相機至尺寸較大且配有極大（線陣）芯片的相機（例如Basler sprint系列相機）等眾多型號。

相機選型環(huán)節(jié)第6步： 實用的相機功能

所有Basler相機均配有一組輔助功能以改善圖像質(zhì)量、更有效地評估圖像數(shù)據(jù)以及更精確地控制流程。請查看我們的功能查看表，以獲取每種相機型號所有功能的總表。

您在設(shè)計圖像處理系統(tǒng)時，最有可能涉及這三種功能：

AOI（感興趣區(qū)域）

讓您能夠在幀內(nèi)選取特定的具體感興趣區(qū)域，或同時選取多個不同感興趣區(qū)域。優(yōu)勢在于這樣僅需處理與圖像評估相關(guān)的幀部分，從而加快相機數(shù)據(jù)讀取速度。

自動功能

Basler相機具備一系列所謂自動功能，例如，自動曝光調(diào)整和自動增益。這兩項自動功能可讓曝光時間和增益參數(shù)自動根據(jù)周圍環(huán)境變化進行調(diào)整，從而保持圖像亮度持續(xù)穩(wěn)定。

定序功能

定序功能可用于讀出特定圖像的序列。這表示可以對各種AOI進行編程，然后由定序功能自動按序列讀出。

您的相機選型是否已經(jīng)十分清晰？

就在眼前！ 通過在大量標(biāo)準(zhǔn)和組件中刪繁就簡，按照一系列必要決策進行探尋之后，現(xiàn)在您只需應(yīng)對最終挑戰(zhàn)（選出正確的相機）了！

*部分圖片素材來源于網(wǎng)絡(luò)。