機(jī)器視覺(jué)十大常見(jiàn)問(wèn)題

　　如何選擇相機(jī)？

　　對(duì)于機(jī)器視覺(jué)工程師來(lái)說(shuō)，選擇相機(jī)往往是一個(gè)迫切的問(wèn)題。因此，選擇相機(jī)要了解以下幾個(gè)方面：

　　一般需要先了解系統(tǒng)精度要求和相機(jī)分辨率，可以用公式：X方向系統(tǒng)精度(X方向像素值)=視場(chǎng)范圍(X方向)/CCD芯片像素?cái)?shù)(X方向)；y方向系統(tǒng)精度(y方向像素值)=視野范圍(y方向)/CCD芯片像素?cái)?shù)(y方向)。

　　當(dāng)然，理論像素值要綜合考慮系統(tǒng)精度和亞像素法；然后你需要知道系統(tǒng)速度要求和相機(jī)成像速度。系統(tǒng)單次運(yùn)行速度=系統(tǒng)成像(包括傳輸)速度。雖然理論上可以根據(jù)相機(jī)的異步觸發(fā)函數(shù)和快門速度計(jì)算出系統(tǒng)成像(包括傳輸)速度，但最好的方法是用軟件實(shí)際測(cè)試。那么你就要把攝像頭和圖像采集卡一起考慮，因?yàn)檫@涉及到兩者的匹配：

　　視頻信號(hào)匹配。黑白模擬信號(hào)攝像機(jī)有兩種格式，CCIR和RS170(EIA)。通常采集卡支持兩個(gè)攝像頭。

　　分辨率匹配。每個(gè)板卡只支持一定分辨率范圍內(nèi)的攝像頭；

　　特殊功能的匹配。如果使用攝像頭的特殊功能，首先要確定使用的卡是否支持該功能。比如你想讓多個(gè)攝像頭同時(shí)拍照，這個(gè)采集卡必須支持多通道。如果相機(jī)是逐行掃描，那么采集卡必須支持逐行掃描。

　　接口匹配。確定攝像頭和主板之間的接口是否匹配。例如CameraLink、Firewire1394等。最后是價(jià)格比較。

　　什么是亞像素？

　　一般用分辨率這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述CCD芯片上的行數(shù)和列數(shù)。其實(shí)，CCD芯片是一個(gè)采樣器件，它的最大采樣率是由采樣規(guī)律決定的，即采樣率必須高于奈奎斯特頻率的兩倍。

　　采樣理論已廣泛應(yīng)用于一維時(shí)間信號(hào)，但尚未完全應(yīng)用于CCD芯片的信號(hào)采樣。亞像素算法可以提高CCD芯片的采樣率。理論是把一個(gè)像素看成是由子像素組成的子圖像。一般我們可以處理1010子像素的亞分辨率圖像。一個(gè)典型的例子是確定一個(gè)點(diǎn)的重心。由于積分特性，原始像素位置誤差與其自身輸出相同。

　　假設(shè)一幅灰度一維圖像，如果灰度值的轉(zhuǎn)折點(diǎn)正好出現(xiàn)在像素的邊緣，那么很容易準(zhǔn)確知道輪廓點(diǎn)的位置。但是實(shí)際的轉(zhuǎn)折可能并不在理想的水平，所以我們無(wú)法準(zhǔn)確的知道芯片上轉(zhuǎn)折處切割像素的位置。此外，更重要的是，模糊灰度允許灰度差，因此我們可以根據(jù)灰度來(lái)決定子像素的位置。在任何情況下，只有在圖像處理單元的存儲(chǔ)器中盡可能準(zhǔn)確地描繪出CCD芯片中的模擬圖像，亞像素算法才能準(zhǔn)確。什么是12位相機(jī)？我需要12位相機(jī)嗎？

　　理論上，12位相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍是8位相機(jī)的16倍。一臺(tái)8位相機(jī)可以檢測(cè)多達(dá)256個(gè)灰度級(jí)。12位相機(jī)有4096個(gè)灰度級(jí)。

　　既然相機(jī)是數(shù)碼的，就不用測(cè)213.5625，或者213或者214。如果需要檢測(cè)213到214灰度之間的灰度，8位相機(jī)很差。這時(shí)候你需要使用12位的攝像頭，它可以提供16倍的動(dòng)態(tài)范圍，獲得與8位攝像頭相同的數(shù)據(jù)量。

　　CMOS相機(jī)和CCD相機(jī)有什么區(qū)別？

　　它們是兩種工藝和結(jié)構(gòu)不同的微電子器件，主要區(qū)別如下：

　　I) CCD傳感器比CMOS傳感器對(duì)光更敏感，因?yàn)镃CD往往比CMOS相機(jī)有更大的填充因子?，F(xiàn)在采用微透鏡技術(shù)的CCD可以達(dá)到100%的填充率，而CMOS由于受到周圍電路元件的影響，填充率在70%左右。

　　)CCD傳感器更適合低對(duì)比度的情況，因?yàn)镃CD傳感器可以獲得更高的信噪比。

　　)CMOS傳感器可以獲得比CCD傳感器高得多的圖像傳輸速度，因此更適合高速場(chǎng)合。

　　)CMOS傳感器由于其電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以獲得比CCD傳感器更大的輸出靈活性?？梢噪S意選擇圖像輸出的子興趣區(qū)域，提高圖像傳輸速度。例如，某傳感器的分辨率為12801024像素，圖像傳輸頻率為15幀/秒。如果是CCD傳感器，由于其串行耦合輸出電路特性，在選擇子感興趣區(qū)域時(shí)只能降低行分辨率，如6401024(30幀/秒)，如果是CMOS傳感器，可以選擇任何低于12801024的分辨率，如640480(約70幀/秒)。

　　)CMOS傳感器功耗較低，更適合便攜式設(shè)備和空間應(yīng)用。但是很明顯，隨著兩個(gè)攝像頭的技術(shù)進(jìn)步，兩個(gè)攝像頭的差別越來(lái)越小。因此，傳感器的選擇主要是遵守適用的原則。

　　CCD是數(shù)字設(shè)備嗎？

　　雖然CCD和很多數(shù)字設(shè)備一樣使用時(shí)鐘，但是光的采集和輸出都是以模擬的形式進(jìn)行的。電荷耦合器件的時(shí)鐘輸入用于將電荷從光敏器件傳輸?shù)捷敵龇糯笃鳌］敵鲂盘?hào)是模擬的，必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能被計(jì)算機(jī)處理。

　　模擬輸出相機(jī)和數(shù)字輸出相機(jī)有什么區(qū)別？模擬攝像機(jī)的視頻輸出是通過(guò)模擬電信號(hào)傳輸視頻信號(hào)。這種攝像機(jī)通常用于閉路電視或與數(shù)字化視頻波形采集卡相連。數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部有一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)以數(shù)字形式傳輸，可以直接顯示在電腦或電視屏幕上，因此數(shù)字輸出相機(jī)可以避免傳輸過(guò)程中的圖像衰減或噪聲。

　　應(yīng)該選擇什么輸出接口攝像頭？

　　輸出接口類型的選擇主要取決于你需要獲取的數(shù)據(jù)類型。如果您的圖像輸出是直接到視頻監(jiān)視器，那么您只需要一個(gè)模擬輸出的相機(jī)(單色圖像需要CCIR或RS-170輸出，彩色圖像需要PAL或NTSC輸出)。如果需要將攝像頭獲得的圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，可以使用多種輸出接口，但必須與采集卡的接口一致：

　　I)模擬接口仍然適用，圖像信號(hào)需要圖像采集卡完成A/D轉(zhuǎn)換，由于價(jià)格最低，所以最常見(jiàn)。

　　)對(duì)于一些沒(méi)有其他采集卡控制要求和圖像傳輸可靠性要求的應(yīng)用，使用USB2.0接口和IEEE1394 (Fire Wire)最為方便。

　　) Camera Link接口是數(shù)字輸出標(biāo)準(zhǔn)，需要采集卡攜帶，用于配合高性能的區(qū)域掃描相機(jī)或線掃描相機(jī)。隨著這種數(shù)字接口的普及和完善，價(jià)格并沒(méi)有想象中的那么貴。)此外，一些較舊的數(shù)字接口仍在重新使用，如LVDS RS644。

　　什么是垂直同步，彩色視頻復(fù)合信號(hào)同步，外部同步，DC鎖線，完全同步？

　　這是不同相機(jī)之間的同步方法。整體鎖定是廣播演播室等精密應(yīng)用中使用的兩臺(tái)攝像機(jī)完全同步的最佳方法。它將同步：水平、垂直、偶數(shù)/奇數(shù)區(qū)域、顏色觸發(fā)頻率和相位。垂直同步是同步兩臺(tái)攝像機(jī)最簡(jiǎn)單的方法。通過(guò)垂直驅(qū)動(dòng)頻率，可以保證視頻使用舊的切換周期或四分機(jī)在同一臺(tái)顯示器上顯示多個(gè)圖像源。垂直驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常由重復(fù)頻率為20/16.7毫秒(50/60赫茲)和脈沖寬度為1-3毫秒的脈沖組成。彩色視頻復(fù)合信號(hào)代表視頻和彩色觸發(fā)信號(hào)，這意味著攝像機(jī)可以與外部復(fù)合彩色視頻信號(hào)同步。

　　然而，雖然它被稱為彩色視頻復(fù)合信號(hào)同步，但實(shí)際上，只執(zhí)行水平同步和垂直同步，而沒(méi)有顏色觸發(fā)同步。外部同步非常類似于彩色視頻復(fù)合信號(hào)同步。一臺(tái)攝像機(jī)可以與另一臺(tái)攝像機(jī)的視頻信號(hào)同步，外部同步攝像機(jī)可以使用輸入的彩色視頻復(fù)合信號(hào)提取水平和垂直同步信號(hào)進(jìn)行同步。大多數(shù)攝像機(jī)具有垂直驅(qū)動(dòng)同步或彩色視頻復(fù)合信號(hào)/外部同步的性能，但閉路監(jiān)控?cái)z像機(jī)幾乎沒(méi)有完全的鎖定性能，因?yàn)樗鼈儚膩?lái)不需要線路鎖定。DC鎖線是一項(xiàng)古老的技術(shù)，它使用DC 50/60 Hz電力線電流來(lái)同步攝像機(jī)。由于DC 24V電源廣泛應(yīng)用于大多數(shù)建筑的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，所以在北美得到廣泛應(yīng)用是因?yàn)樗浅Ｈ菀撰@得。因?yàn)榕f的切換器和分割系統(tǒng)沒(méi)有數(shù)字存儲(chǔ)功能，所以需要同步相機(jī)以保持穩(wěn)定的圖像。DC線鎖定意味著攝像機(jī)與交流50/60赫茲同步。色彩通道與不受約束的水平/垂直信號(hào)之間的時(shí)間相關(guān)性會(huì)導(dǎo)致色彩轉(zhuǎn)換不佳(色彩舞臺(tái)設(shè)計(jì))，所以所有使用交流鎖線的用戶必然會(huì)失去良好的色彩轉(zhuǎn)換。

　　幸運(yùn)的是，現(xiàn)在的分路器、16通道復(fù)合處理器、硬盤錄像機(jī)都有內(nèi)部存儲(chǔ)器來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題，不再需要同步信號(hào)，所以交流線路鎖定可能在幾年內(nèi)被淘汰。

　　什么是電子快門？為什么有的CCd沒(méi)有電子快門功能？

　　只要有光，CCD的光敏部分就會(huì)產(chǎn)生電子。由于像素必須讀出，如果讀出時(shí)間長(zhǎng)，圖像會(huì)變差。這和用慢速快門拍攝運(yùn)動(dòng)物體的原理是一樣的。通常，信號(hào)產(chǎn)生在讀出時(shí)間期間停止。然而，關(guān)閉照明需要某種形式的機(jī)械快門或電子快門。有些電荷耦合器件被設(shè)計(jì)成一產(chǎn)生信號(hào)就將信號(hào)傳輸?shù)诫姾神詈掀骷哪硞€(gè)金屬區(qū)域。由于光線無(wú)法穿透金屬，信號(hào)產(chǎn)生會(huì)停止，CCD可以無(wú)干擾讀出。這種向保護(hù)區(qū)的快速傳輸被稱為電子快門，因?yàn)闀r(shí)間是由電子控制信號(hào)產(chǎn)生的。

　　硅對(duì)光的靈敏度超過(guò)1100nm，但是為什么沒(méi)有CCD能夠檢測(cè)這些波長(zhǎng)？

　　硅對(duì)光的靈敏度確實(shí)超過(guò)1100納米，然而，為什么電荷耦合器件不能檢測(cè)這些波長(zhǎng)是一些復(fù)雜的3360

　　電荷耦合器件通過(guò)吸收光并將光能轉(zhuǎn)化為電能來(lái)工作。這些電子在電荷耦合器件中傳輸?shù)捷敵龇糯笃鳎谀抢锂a(chǎn)生一部分與像素吸收的光能成比例的電信號(hào)。硅吸收的光能取決于波長(zhǎng)。

　　藍(lán)光可以被硅高度吸收，而大部分光實(shí)際上被CCD上的多個(gè)硅槽吸收。結(jié)果，只有一小部分藍(lán)光被電荷耦合器件損失區(qū)域吸收，在該區(qū)域像素收集電子。在可見(jiàn)光譜的另一端，只有一小部分紅光和近紅外光被吸收。因此，只有穿過(guò)大量硅的光才能被吸收產(chǎn)生電子。這些電子漂移到電荷耦合器件損耗區(qū)被像素吸收，或者漂移到其他地方，直到它們的能量耗盡。