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机器视觉系统中黑白工业相机与彩色工业相机的区别
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时间:2021-05-27 10:27:29

       工业相机机器视觉系统中的核心组件,广泛应用于工业生产、城市测绘、粮食分拣等各个领域,尤其是用于质量控制、生产监控和测量任务等。工业相机与常规的相机相比,具有坚固耐用的特点,可以应对外部高温、高湿、粉尘等恶劣环境条件造成的影响。

       工业相机有不同的分类形式,按照芯片类型可以分为CCD相机和CMOS相机;按照传感器的结构特性可分为线阵相机和面阵相机;按照扫描方式可分为隔行扫描相机和逐行扫描相机;按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机和高分辨率相机;按输出图像信号格式可分为模拟相机与数字相机;按照输出色彩可分为了黑白相机与彩色相机。接下来,北京盈美智小编就简单介绍一下黑白相机和彩色相机的区别。

       黑白相机和彩色相机从字面上看就很容易理解,黑白相机输出的图像是黑白的,是没有颜色信息的灰度信号值;而彩色相机输出的图像是彩色的,而彩色相机又分为真彩色相机与伪彩色相机。

       无论是CCD还是CMOS图像传感器,其原理都是将光子转换为电子,其中光子数目与电子数目成比例。对每个像素,统计其电子数目就形成反映光线强弱的灰度图像,也就是说CCD和CMOS图像传感器是“色盲”,不具备辨色的能力,只能形成黑白图像。

不同色彩模式的工业相机

       左: 黑白模式                                    中:三棱镜模式                                      右:Bayer滤波片模式

图1 不同色彩模式的工业相机  

黑白相机

       当光线照射到感光芯片时,光子信号会转换成电子信号。由于光子的数目与电子的数目成比例,主要统计出电子数目就能形成反应光线强弱的黑白图像。经过相机内部的微处理器处理,输出就是一幅数字图像。在黑白相机中,光的颜色信息是没有被保留的。如图1左:黑白模式。

真彩色相机

       CCD和CMOS图像传感器无法区分颜色,只能感受到信号的强弱。在这种情况下为了采集彩色图像,可以使用三棱镜将光线分成光学三原色(RGB),接着使用3块感光芯片去分别感知强弱,再综合在一起。如图1中:三棱镜模式。

       真彩色相机获取的图像质量好,没有细节丢失,但这样的相机结构复杂,需要配备专门的镜头,价格一般都很昂贵。

伪彩色相机

       考虑到价格因素,柯达的拜尔(Bayer)提出了一种廉价的折中方案(伪彩色相机):只用一块图像传感器,就解决了颜色的识别。他的做法是在图像传感器前面,设置一个滤光片,上面布满了滤光点,与下层的像素一一对应。如图3(右),Bayer滤光片上的滤光点的排列是有规律的:每个绿点的四周,分布着2个红点、2个蓝点、4个绿点。由于人眼对绿色最为敏感,所以绿色是红、蓝的两倍。由于每个滤光点只能通过红、绿、蓝之中的一种颜色,但是在输出时,所有像素都应该有这三种颜色的信息,被滤除的两种颜色分量值在后期的算法处理中通过插值法来补回。如图1右: Bayer滤波片模式。

总结

       伪彩色相机显著优点在于它能节省成本,当前市场上绝大多数彩色相机都采用此项技术。不过,黑白相机采集的是所有波长的光子,而伪彩色相机仅接受RGB三个波段的光子,并且会做一个去马赛克的邻域平均操作,因此无论是光通量还是细节表现均弱于黑白相机。

       对比彩色相机与黑白相机在相同环境下的成像,我们可做出这样的结论:在工业应用中如果我们要处理的是与图像颜色有关,那么我们需要采用彩色相机;如果不是,那么最好选用黑白相机,因为在同样分辨率下,黑白相机的精度高于彩色相机。

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