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你的相机是否能接招更具挑战性的照明环境?

发表时间:2023-01-06 14:43
在为特定的应用选择相机时,很难面面俱到,通常考虑的选择标准包括分辨率和帧率。还有一个很重要的外部因素必须考虑进去,那就是照明。在各种应用中,有时照明无法稳定,前后不一致,这时相机的动态范围和增益是成功捕获清晰图像的关键。

照明不一致的挑战

设计和配置视觉系统时,照明至关重要。如果光线很暗,照明不一致,很可能会导致图像不清晰,无法使用。增加光信号的常见办法是提高相机的增益。但是,随增益的提高,图像噪声也会同时增加,从而导致图像质量降低。如果光线过亮,过多的光线可能会导致曝光过度,传感器过度曝光的区域图像数据会被消除,拍摄的图像中明亮区域会褪色。

动态范围的重要性

有高动态范围的相机能够捕获更多细节信息。图像的动态范围是指在不损失清晰度的前提下能拍摄到的最暗和最亮影调以及之间的梯度变化。相机动态范围越广,越不受照明不一致的影响。动态范围越窄,越难同时捕获不同光照下的清晰图像。
例如汽车经过收费站时,不同的照明状态会影响相机拍摄车辆及车牌字符的清晰图像,这会阻碍收费站系统对车辆的识别及其他重要数据的分析。
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当车辆经过收费站时,捕获车牌信息。

当光线不足时,图像可能会显得很暗。拍摄的图像中,光线不足的区域可能会直接显示为黑色,因此无法产生图像数据来识别目标对象。增加相机的增益可以提高传感器的整体灵敏度,有助于在较暗环境中成像。然而,提高增益的缺点是给图像带来更多的噪声。因此需要平衡视觉系统中使用的增益量与可能随之产生的噪声。这种平衡关系称为信噪比(SNR)。

高转换增益

图像噪声会产生伪影扰图像处理软件具备高转换增益(HCG)功能的传感器可以在降低读出噪声的同时充分利用光线成像。这类传感器能够在较暗的环境中成像,且不会产生影响图像质量的噪声。例如交通成像应用中,当太阳开始落山时,自然光会逐渐减弱,使用HCG来平衡增益和噪声,有助于实现更出色的弱光成像,减少动态范围。
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HCG通过防止曝光不足,使相机能够在黑暗环境中成像

低转换增益

在高光照环境中,可使用低转换增益来提高成像质量。采用这种模式时,传感器的主要目标是减少图像曝光。与HCG模式一样,LCG模式在交通视觉成像中的用处也很大,该模式可以防止相机过度曝光。低增益传感器有助于相机在最高光照的场景实现更出色的成像,提高动态范围。

当过多的光线到达传感器时,LCG模式可以防止过度曝光

应用

1、户外的照明环境随时都在发生着变化。太阳的位置会影响光线照射到相机的角度,在某些角度下,光的强烈反射光会导致图像出现局部曝光过度。雨、云、雾、湿度、雪和冷凝等各种天气条件会让影响图像的照明因素发生很大变化。因此在光照环境复杂的情况下可以选择具有高动态范围或HCG/LCG模式的相机来实现更好的成像效果。HCG/LCG模式下,拍摄晴天下具有很强反光的车牌,或夜间暗光条件下的车牌,能捕获更多的图像细节。
2、在生命科学应用中,相机的灵敏度可能是成像效果的关键。在显微镜下成像时,通常只能短暂曝光样本,以确保光线不会损坏光敏感的样本。如果相机无法捕捉到足够光线,就无法正确成像。使用HCG模式降低满阱容量和读出噪声,显微镜相机才能捕获足够清晰的图像。
3、在工业自动化和机器人等视觉应用中,使用HCG/LCG有助于进行产品检验。具有该功能的相机能够根据工厂环境中的照明条件调整相机模式,使相机适应工厂环境。例如装瓶或机械组装工厂,近灯处可能光照过量,部分区域则可能光线不足。在很难确保每个区域光照都适当时,有HCG/LCG模式的相机就能发挥它最大的作用,不仅能降低过度曝光的可能性,还能在光线弱时捕获足够清晰的图像。
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凭借可以在HCG和LCG之间切换,挑战工厂复杂的照明环境

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