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工业相机的动态范围、信噪比和比特数

时间:2018-11-15  15:56:11  来源:   浏览数: 4218

在日常选择工业相机的过程中,我们很容易会看到动态范围、信噪比、比特数这样的词汇,但很少有人能够讲的清楚这些概念的含义和三者之间的关系,那么今天跟着轩展科技一起来了解这些参数之间的奥秘。


  在机器视觉系统中,反映每一个像元灰度质量的指标是动态范围,也是机器视觉系统要考虑的重要指标之一。动态范围和空间分辨率是机器视觉系统的二个主要指标。


  灰度的动态范围在工业相机中的模拟视频部分用信号/噪音比(Signal to Noise Ratio),SNR,表示;而在工业相机或图像采集卡的A/D转换之后的数字视频量是用比特(bits)位数n表示。


  在现实世界中,一幅图像会同时具有最亮和最暗的区域,它们之间的差距可能是十分巨大的,机器视觉系统所采集的图像应尽可能地反映出这种灰度的巨大变化范围。


  此外,在现实世界中图像灰度的微小变化,可能就是机器视觉系统要区别的目标和背景的界限,所以机器视觉系统也应尽可能地将图像中灰度的细微变化反映出来。


  这二个概念合并起来,就是动态范围。而它又主要取决于工业相机的性能。


  CCD的动态范围、灵敏度和信噪比是互相影响的三个指标,它们从三个不同的角度来反映CCD工业相机的灰度性能。


  1、信噪比:SNR


  SNR以分贝表示


  式中的S是最亮时的视频电压Vmax和最暗时的视频电压Vmin之差


  工业相机的最大输出电压Vmax取决于它能接受的最大未饱和入射光的能力,即在这一最大光照下,工业相机的视频输出电压还未饱和,尚能线性表达其亮度的变化;最小输出电压Vmin为工业相机接收最小光照的能力,即接收图像最暗区域的能力,它除了与图像传感器本身的材料、结构有关外(例如CCD还是CMOS工业相机),尚和工业相机的噪音有关,噪音越大,可检出最暗图像的能力越差。


  2、比特位数n:A/D转换将模拟视频信号转换成二进制数字信号


  A/D转换后的数字视频的精度和动态范围取决于二进制比特位数n,例如8bits二进制数表达了0-255个灰度,而10bits为0-1023个灰度,位数n越高,视频灰度信号分得越细,越精密,也意味着动态范围越大,n个二进制值中的最小位值是A/D将灰度分得最细的单位,称作LSB。目前市面上的工业相机A/D转换位数有8位、10位、12位、14位、16位或更高,国产相机目前大部分处于8位或10位A/D居多,极少见到14位以上工业相机。


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