关于相机的选型 – 如何为您的图像处理系统寻找合适的相机？
“相机选型”——如同在茂密森林中迷失一般无法决择？
当您在设计图像处理系统面临挑战时，您可能会发现有众多需要考虑的问题或诸多选择，比如一系列令人眼花缭乱的相机型号；各种性能指标、相关的功能，以及可能用到的种种应用将您团团困住。。。
其实，您现在需要的是一位向导。他即可以帮您删繁就简，亦能助您为视觉应用选择正确相机，最终找到所需要的型号。
让我们逐步列出相关条件或环节，从而使您做出正确决择，为您的系统需求找到合适且理想的设备。
首先，我们先进行一次清晰的自我评估。仅问自己两个问题：
我需要用相机来拍摄什么物体或内容？
我的相机必须具备哪些特性才能够精确呈现这些内容？
通过这两个问题的答案通常就可以得到一个清晰的初步指导意见，将有引以下两个方向之一：
相机选型第1步： 网络相机还是工业相机？
用于图像处理系统的相机可分为工业/机器视觉(MV)或网络/IP（网络协议）相机两类。
网络相机录制视频。网络相机广泛使用于典型监控应用之中，同时也可与工业相机结合使用。以下是这种相机的一些典型特性：
通常会有坚固的外壳保护，外壳具有抗震功能，能适应任何天气变化，这使相机适用于室内和室外环境。
各种不同功能（例如昼/夜模式）以及特殊的红外滤光片使相机能够提供卓越的成像质量，即使环境光源或天气情况极差的情况下亦可使用。
可压缩所记录的图像，这样可以减少数据量，也能使所有数据均可存储在相机内。通过连接到网络，理论上可让无限数量的用户访问该相机。
相比之下，工业相机的特点是：
会以未经压缩'原始'数据形式将图像直接传输至PC；然后PC负责处理相对大量的数据。该方法的优点是不会丢失任何图像信息。
工业相机包含两种技术：面阵相机和线阵相机。它们拍摄图像的方式不同，具体与视觉应用的类型相关。
Q&A1： 面阵相机和线阵相机是怎样拍摄图像的？
面阵
面阵相机装配了长方形芯片，配有多个可同时被曝光的像素行。因此，图像数据可在单一步骤中被捕捉和记录并同步处理。
面阵相机通常在各种不同工业应用领域、医疗和生命科学领域、交通运输领域或安全与监视领域中使用，通常作为对网络相机的补充。
线阵
相比之下，线阵相机则使用一款备有1、2或3行像素的芯片。图像数据将按行拍摄，而独立的像素行将在处理阶段中重新组成完整的图像。到底应该选择面阵相机，还是线阵相机，取决于您的应用以及应用的要求。
在检测传送带上以极快速度传送的产品时会广泛用到线阵相机。典型的工业应用包括印刷、分拣和包装、食品饮料以及各种表面检验。
网络相机
网络相机可用于各种监视任务，包括航运企业与包装系统中的流程控制，以及建筑物与交通的监视系统
它们通常用于：银行、赌场、公司园区和公共建筑，以及港口和货运中心等物流和运输中心。
相机选型环节第2步： 黑白相机还是彩色相机？
该环节主要取决于您的应用目的：您需要什么样的图像。为了评估结果，您需要彩色图像吗？还是黑白图像即可满足要求？若不，那黑白相机通常更适合，因为它们更灵敏，所呈现出的图像细节更加丰富。比如智能交通系统方面的应用，经常会将黑白相机与彩色相机相结合使用以符合特定国家/地区对于为保存证据图像的法律要求。
相机选型环节第3步： 芯片类型、快门技术、帧速率
这一步需要挑选适合的芯片（即采用CMOS或 CCD芯片技术）以及选择快门技术的类型（即全局快门或滚动快门）。之后要考虑问题则的是帧速率，这个指标是相机为了能够顺畅处理任务每秒必须提供的图像数量。
Q&A2： CCD还是CMOS？
两种不同的芯片技术基本差别在于其技术结构。
在CMOS芯片中，将光能（具体而言是指光子）转化成电信号（电子）的电子元件直接集成在芯片表面。因此电子元件能够更快速地读取成像数据，用户能够更灵活地调整成像范围，使CMOS芯片能够更快速地拍摄图像。CMOS芯片在消费者市场上被广泛使用，例如单反相机。
CCD芯片使用完整的芯片表面拍摄光线，芯片表面上没有安装任何转化电子元件。这使表面拥有较多的像素空间，亦代表着能够拍摄的光线将更多。因此这类芯片对于光线特别灵敏，特别适用于弱光条件的应用（例如天文学）。CCD芯片能够在速度较慢的应用中提供卓越成像质量，虽然该芯片的结构以及其传输与处理图像数据的方式已逐渐将成像速度提高至极限。
CMOS芯片技术在近年来不断改进，如今已适用于几乎任何一种图像处理应用。CMOS芯片具备
出众的性价比
高成像速度
高分辨率
低功耗
高量子效率
这些特性让CMOS芯片在CCD芯片以往独占鳌头的领域中取得了立足之地。高成像速度与出众的图像质量的结合是当代CMOS芯片的突出卖点之一。
快门技术
有一项简单但非常重要的要求：快门必须与应用匹配。快门能够保护相机内部的芯片不受入射光线的影响，且只有在曝光时才会打开。所选的曝光时间将会确保像素接收适当数量的光子，并决定快门维持打开状态的时间。全局快门和滚动快门的差别在于吸收光线的方式。
Q&A3： 全局快门和滚动快门的工作方式
全局快门会打开并让光线一次性地接触整个芯片表面。依帧速率而定，移动中的目标会快速地被连续拍摄到。全局快门是需要拍摄快速移动目标的应用的首选，例如交通与运输领域，物流领域以及印刷材料的检测。
滚动快门则是逐行来曝光图像。根据所选的曝光时间不同，当目标在曝光过程中移动时，可能会发生失真，这也就是所谓的滚动快门效应。但是，并非涉及移动目标的应用就完全无法使用滚动快门。在多数情况下，该效应可通过正确配置曝光时间以及使用外置闪光灯来规避。
在我们的白皮书中详细了解这两种闭合技术
即刻阅读白皮书帧速率
对于线阵相机，这个词也被称为'每秒帧数'或'fps'，也可叫做“行频”或'行频率'。帧速率描述的是芯片在每秒内可采集和传输的图像数量。
帧速率越高，芯片速度越快。=> 芯片越快，它每秒拍摄到的图像就越多。=> 图像越多，数据量就越大。
对于面阵相机，图像数量与数据量在很大程度上是依使用的接口而定。同时，这也取决于所使用的帧速率是低速的10 fps还是高（快）速的340 fps。图像处理系统内的相机所需拍摄的目标决定能够使用或所需使用的帧速率。
相机选型环节第4步： 分辨率、芯片与像素尺寸
分辨率
在查看您的相机规格时，您将看到"2048x1088"。其含义是什么？该规格其实描述了每行的像素数，在本示例中，水平行为2048像素，垂直行为1088像素。将两者相乘后，分辨率为2,228,224像素，即2.2 'MP'（百万像素，等于220万像素）。如需了解您应用所需的分辨率，只需代入这个简单的运算公式：所需分辨率 = (物体尺寸) / (要检测的细节的尺寸)。
Q&A4： 如何确定所需要的分辨率
举例来说，您想要拍摄某人眼睛的精确彩色图像，该人士身高2m且站立在一个特定的位置上
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>要清晰识别1 mm大的细节，您需要400万像素的分辨率。
芯片与像素尺寸
事实 1：
先看简单的部分：芯片和像素面积越大，吸收的光线就越多。对于芯片来说，光线就是需要被转换为图像数据的信号。到目前为止都还容易理解。然后难点就来了：芯片的表面积越大，信噪比(SNR)就越高，对于3.5 µm或更大尺寸的像素来说尤为如此。信噪比越高，成像质量就越好。信噪比达到42 dB就可被视为出色的结果。
事实 #2：
大尺寸芯片提供较大的空间，可容纳较多的像素，因而提供较高的分辨率。其实大型芯片的真正优势在于单个像素的尺寸仍足以确保取得较好的信噪比SNR，而较小的芯片所能够使用的空间不多，因此需要使用尺寸较小的像素。
事实 #3：
但是如果大型芯片以及大量的大型像素未搭配合适的光学配件，则无法达到理想效果。只有与可以解析这一高分辨率的合适镜头结合使用，它们才能发挥全部潜力。
事实 #4：
大型芯片的成本也较昂贵，因为较大的空间所需使用的硅就更多。
相机选型环节第5步： 接口与外壳尺寸
Interface
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Q&A5： 接口技术和标准
GigE Vision、USB 3.0 Vision和Camera Link是目前普遍采用的技术标准，可保证相机接口与符合标准的组件和附件兼容。每项技术都旨在满足带宽、多相机体系、线材长度等方面的一系列具体要求。
1394 (FireWire)和USB 2.0是比较旧的技术，这些技术因其自身限制，不再无保留地推荐用于目前的图像处理系统。
外壳
与接口选择直接关联的是相机外壳的尺寸。它对于视觉系统的总体集成来说很重要。在某些应用中，多台相机会并排安装（称为多相机体系）以便能够更好地拍摄下材料卷带的整个宽度，每一毫米空间都非常重要。
Basler提供的产品线包括了29 mm x 29 mm的Basler ace系列相机至尺寸较大且配有极大（线阵）芯片的相机（例如Basler sprint系列相机）等众多型号。
相机选型环节第6步： 实用的相机功能
所有Basler相机均配有一组辅助功能以改善图像质量、更有效地评估图像数据以及更精确地控制流程。请查看我们的功能查看表，以获取每种相机型号所有功能的总表。
您在设计图像处理系统时，最有可能涉及这三种功能：
AOI（感兴趣区域）
让您能够在帧内选取特定的具体感兴趣区域，或同时选取多个不同感兴趣区域。优势在于这样仅需处理与图像评估相关的帧部分，从而加快相机数据读取速度。
自动功能
Basler相机具备一系列所谓自动功能，例如，自动曝光调整和自动增益。这两项自动功能可让曝光时间和增益参数自动根据周围环境变化进行调整，从而保持图像亮度持续稳定。
定序功能
定序功能可用于读出特定图像的序列。这表示可以对各种AOI进行编程，然后由定序功能自动按序列读出。
CMOS工业相机比较
几乎每一种传感器型号都有相当数量的不同制造商生产的相机在使用。如果只有传感器是相同的，那么这些相机是等同的吗？在帮助用户、开发人员和项目团队选择合适的摄像机时，哪些方面比较重要？根据应用和要求的不同，这一决定也有所不同。
需要EMVA数据
为特定应用选择相机时应遵循哪项标准，此问题已经是老生常谈。欧洲机器视觉 协会(European Machine Vision Association，简称EMVA)也已将此纳入考虑，继而出台了EMVA 1288标准。该标准定义了测量数据的方法，而这些数据则界定了工业相机或其中感光芯片的成像质量和灵敏度。
要选择合适的相机型号，关键是要比较相机的EMVA数据。只有EMVA数据方可展示出相机的功能或合适程度。
然而，EMVA数据未必总是能找出全部与芯片设计相关的问题。例如，有一种称为“快门阴影线”的图像伪影——这类问题凭肉眼可以立刻发现，却不会影响EMVA值。再者，还有诸如坏点或闪点等时有发生的问题。
使用样机进行全面测试对用户大有裨益。测试的重点在于仔细检查相机，并尽可能贴近实际环境或应用。并非所有的算法都会对成像质量问题做出同样灵敏的反应。通常只有大品牌制造商才能够提供可信赖的成像质量。在各类情况下，可靠的、有保证的成像质量标准都很有用，不但节省测试时间，还可以免去您优化自己的应用的麻烦。
彩蛋： 固件功能和高稳定性的数据传输
由于相机的固件和软件各不相同，即便使用相同的芯片，相机的表现仍会有较大差异。这里的关键在于既要符合GenICam等标准（"针对相机"），也要兼容GigE Vision和USB3 Vision接口标准。这些标准管理和定义了相机的通信通道和接口，有助于降低集成工作量，并提供可靠的数据传输质量。
此外，相机在固件和相关软件的效率方面也存在不少差异。首先，这涉及相机集成所需的工作：并非所有相机制造商都能够为相机控制提供成熟的软件和驱动环境，或打造能兼容不同操作系统和编程语言的编程环境。然而这些往往是任何大型系统设计都必须满足的必要条件。
另一个差异体现在相机的数据稳定性方面。例如，如果为帧缓冲器妥善设置了相机固件，就可以大大提升数据稳定性，在高带宽/帧速率的情况下表现更佳。
尽管有些视觉系统能通过相同芯片来获得更好的效果，但很大程度上提升视觉系统性能还是要依靠标准化或专有的功能。
应该从何入手？接下来要怎样做？
我们的指导工具将帮助您找到适用于您的视觉系统或应用的组件。无论您是在寻找特定的组件规格，还是为您的应用寻找完整的系统，我们的指导工具都能为您提供支持。