相机系统的成像质量
怎样才能采集到高品质的图像?这个问题的答案不仅关乎清晰度和对比度,还在于为视觉系统采购相机时应考虑的其他重要相机标准。成像质量取决于芯片尺寸、像素数量、图像噪声、曝光和曝光时间等因素。由于视觉系统有不同的要求,因此外部环境也起着一定的作用。下面是一些在对比相机时较为关键的标准。
您如何评价成像质量?
评估相机成像质量的重要标准是什么?在多款相机中,您如何根据这些标准来确定哪一款能为您提供卓越成像质量?
本期白皮书对以下问题进行了解答:
如何评估不同相机的成像质量?
如何设置具有可比性的条件来对比相机?
数字增益能否用于提高成像质量?
光量、芯片、像素尺寸、动态、信噪比(SNR)和分辨率等因素对成像质量有什么影响?
使相机标准具有可比性
在相机技术和机器视觉领域,影响图像质量和选择合适的视觉系统的因素很多。为了能够更好地比较工业相机,欧洲机器视觉协会(EMVA)推出了EMVA1288标准。该标准可以根据像素特性、饱和度容量和芯片类型等关键指标,轻松比较不同的相机技术。
要使相机对比的过程更加有意义,应该确保采用相同的芯片。光源、曝光时间、与物体的距离和镜头等重要参数也必须匹配,以便真实地评估成像质量。EMVA数据表中的数据均是在这些前提下进行测定的,以便进行清晰的比较。
成像质量:购买相机的决定性标准
无论是工业相机还是民用相机,决定出色成像质量的因素都是相似的。在选择相机时,不管是系统相机还是单反相机,您应该考虑通过以下标准来回答这个问题 - “什么是成像质量?”:
像素数量和芯片尺寸:影响不同光源条件下的细节准确性和性能。
量子效率(QE):确定芯片将光转换为电信号的能力,尤其是在弱光条件下。
图像噪声和信噪比(SNR):优秀的SNR可确保图像无噪声,尤其是在较高的ISO值下。
动态范围:测量在明亮和黑暗区域采集细节的能力,从而改善色彩重现。
亮度和光源:不同光源条件下的表现对成像质量至关重要。
清晰度:取决于镜头和图像处理的质量,并会影响图像的整体质量。
对比度:高对比度使镜头效果更加生动,引人注目。
通过遵循这些标准,确保选出可提供出色成像质量的相机。
成像质量的重要因素

芯片尺寸和像素数量
能否取得高品质的成像质量,芯片尺寸和像素数量至关重要,因为芯片负责将入射光子转换为电子,并经过进一步处理以产生图像信息。传感器上的像素使这种转换成为可能。 不同的芯片具有不同的量子效率,此概念衡量的是芯片将不同数量的光子转化为电子的能力。更高的量子效率会带来更多的图像信息,从而获得更好的成像质量。 此外,像素的数量和大小也会影响成像质量。过多的小像素会增加图像噪声,因此,即使是能够采集大量光线的大型芯片也无法绝对保证提供高质量的图像。 要获得高质量的图像,传感器芯片、像素数量和像素尺寸必须达到最佳组合。

图像噪声和信噪比
图像噪声是一种不理想的视觉干扰,它几乎在所有数字图像中都会出现,造成图像带有颗粒感。此现象是由芯片上的不规则光量以及相机电路等多种因素引起的。
高质量的相机旨在最大限度地减少图像噪声,并将其与图像信号区分开来。信噪比(SNR)衡量的就是这种效果的有效程度。SNR较高表示信号受噪声的影响较小,从而可以获得更好的成像质量。
在购买相机时,芯片尺寸、像素数量、曝光和对比度等标准对成像质量起决定性作用。因此,也应该将信噪比纳入考虑,以便回答“什么是成像质量?”这个问题。

相机的动态范围
相机的成像质量在很大程度上取决于动态范围,它描述了图像的明暗区域的显示效果。像素在其中发挥着至关重要的作用:在明亮区域,像素可吸收许多光子,而黑暗区域需要的光较少。曝光时间不足会导致成像质量降低,因为这会让黑暗区域显得模糊,而明亮区域则会曝光过度。 因此,具有优秀动态范围的相机应采用具备大像素的大型芯片,以采集足够的光线,并确保平衡的显示效果。这在拍摄高对比度场景时尤其重要,例如在交通和运输中,需要清晰采集明亮的车牌和处于较暗光线下的驾驶员。
完整视觉系统一览
在本文中,我们重点介绍了许多技术层面,但最终,成像质量要取决于整个视觉系统:
您希望相机达到什么目的?
您的视觉系统中具备怎样的环境光?
为您的应用选择相机时,哪些相机标准最具决定性?
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