10个机器视觉常见问题（上）

应该怎样选择相机?

　　选择相机却往往刻不容缓的的问题摆在机器视觉工程师面前，因此，选择相机了解以下几个方面问题：

        通常您首先需要知道系统精度要求和相机分辨率，可以通过公式：X方向系统精度(X方向像素值)=视野范围(X方向)/CCD芯片像素数量( X方向); Y方向系统精度(Y方向像素值)=视野范围(Y方向)/CCD 芯片像素数量( Y方向)来获得。

        当然理论像素值的得出，要由系统精度及亚像素方法综合考虑;接着您要知道系统速度要求与相机成像速度，系统单次运行速度=系统成像(包括传输)速度+系统检测速度，虽然系统成像(包括传输)速度可以根据相机异步触发功能、快门速度等进行理论计算，最好的方法还是通过软件进行实际测试;再接着您要将相机与图像采集卡一并考虑，因为这涉及到两者的匹配：

　　视频信号的匹配。对于黑白模拟信号相机来说有两种格式，CCIR和RS170(EIA)，通常采集卡都同时支持这两种相机;

　　分辨率的匹配。每款板卡都只支持某一分辨率范围内的相机;

　　特殊功能的匹配。如要是用相机的特殊功能，先确定所用板卡是否支持此功能，比如，要多部相机同时拍照，这个采集卡就必须支持多通道，如果相机是逐行扫描的，那么采集卡就必须支持逐行扫描;

　　接口的匹配。确定相机与板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、Firewire1394等。最后才应该是价格的比较。

　　什么是亚像素?

　　一般用分辨率这个名词来描述CCD芯片上的行列数。实际上，CCD芯片是一个抽样器件，它的最大抽样率由抽样定律决定，即抽样率必须高于奈奎斯特频率的2倍。

        抽样理论在一维时间信号中得到了广泛的使用，但并没有被完全的应用到CCD芯片的信号采样中。能够通过亚像素算术来提高CCD芯片的抽样率，理论就是把一个像素看作是由亚像素组成的子图像。通常，我们能够处理亚分辨率为10×10亚像素的图像。一个典型的例子就是决定一个斑点的重心。由于积分特性，原始像素位置误差与其本身输出相同。

        假设一个灰度级的一维图像,如果灰度值的转折点刚好出现在像素的边缘，那么容易确切得知道轮廓点的位置。但实际的转折点可能不在一个理想的级别，我们不能够准确得知道芯片上转折点剪切像素的位置。另外更重要的，模糊的灰度级允许灰度级差值，因此我们就能够决定亚像素的位置作为灰度级的功能。不管怎样，只有将CCD芯片内的模拟图像尽可能精确地描绘在图像处理单元的内存中，亚像素算法才能是精确的。 

　　什么是12位相机?我是否需要12位相机?

　　理论上12位相机的动态范围是8位相机的动态范围的16倍。一个8位的相机最高能够检测256个灰度级。一个12位相机有4096个灰度级。

        由于相机是数字的，您不必测量到213.5625，或者说213或214。如果您需要检测213和214灰度级之间的灰度级，8位相机的效果就很差。这时您就要用12位相机，它能提供16倍的动态范围，同时又能得到与8位相机相同的数据量。

　　CMOS相机与CCD相机间的区别有哪些?

        它们是不同工艺和结构的两种微电子器件，主要的区别如下：

　　ⅰ)CCD传感器比CMOS传感器对光更加敏感，这是因为CCD往往比CMOS相机有更大的填充因子。如今采用微透镜技术的CCD可以达到100%的填充比，而CMOS由于周围的电路元素影响，它的填充比一般在70%左右。

　　ⅱ)CCD传感器更适应低对比度的场合，这是由于CCD传感器可以获得更高的信噪比。

　　ⅲ)CMOS传感器可以获得比CCD传感器高很多的图像传输速度，因而更适用于高速场合的需要。

　　ⅳ)CMOS传感器由于其电路结构特性可以获得比CCD传感器更多的输出柔性，您可以在任意选择图像输出的子兴趣区域来提高图像传输速度，比如某传感器有1280×1024的像素分辨能力和15帧/秒的图像传输频率，如果是CCD传感器，由于其串行耦合输出的电路特性使它在选择子兴趣区域时只能减少行分辨率，如640×1024(30帧/秒)、320×1024(60帧/秒);而如果是CMOS传感器，则可以选择低于1280×1024的任何分辨率，如640×480(约70帧/秒)。

　　ⅴ)CMOS传感器拥有更低的电能消耗，因此更适应于便携设备和空间应用。但有一点很明显，随着两者技术的进步，在同档次的相机上差别也越来越小，因而选择何种创感器主要是遵守适用原则。

　　CCD是数字器件?

        虽然CCD与许多数字器件一样用到时钟，但是光的采集和输出是以模拟形式进行的。输入CCD的时钟用于从光敏器件转移电荷到输出放大器上。输出信号是模拟的，必须被转换成数字信号才能被计算机处理。

　　模拟输出相机与数字输出相机之间的区别是什么?

　　模拟相机的视频输出是用模拟电信号传输视频信号，这种相机通常用于闭路电视，或者与数字化视频波形的采集卡相连。数字相机其内部有一个A/D转换器，数据以数字形式传输，能够直接显示在电脑或电视屏幕上，因而数字输出相机可以避免传输过程的图像衰减或噪声。

　　我应该选择何种输出接口的相机?

        输出接口类型的选择主要由您需要获得数据类型决定。如果您的图像输出直接给视频监视器，那么您只需要模拟输出的相机(对单色图像需求就是CCIR或RS-170制式输出，对彩色图像需求就是PAL或NTSC制式输出)。如果您需要将相机获取的图像传输给电脑，则可以用多种输出接口选择，但必须和采集卡的接口一致：

　　ⅰ)模拟接口仍然可以适用，图像信号需要一张图像采集卡完成A/D转换，这样的搭配价格最低因而是最常见的。

　　ⅱ)对一些没有其它采集卡控制需求和图像传输可靠性需求的应用，采用直联的USB2.0接口和IEEE1394 (Fire Wire)最为方便。

　　ⅲ) Camera Link接口是一种数字输出标准，它需要一张采集卡来承载，并用以配合高性能的面扫描相机或线扫描相机，随着该数字接口的推广和完善，价格也不如预期的那样昂贵。ⅳ)此外，也有一些老一点的数字接口仍然再被使用，比如 LVDS RS644。