HCG和LCG相機功能如何在苛刻的照明條件下發(fā)揮作用

可能很難針對特定的應(yīng)用選擇合適的相機。通?？紤]的常見相機規(guī)格包括分辨率和幀率。然而，照明可能是一個更重要的外部因素。在照明可能不一致的情況下，動態(tài)范圍和增益是成功捕獲圖像的關(guān)鍵因素。本文重點介紹了高轉(zhuǎn)換增益（HCG）和低轉(zhuǎn)換增益（LCG）相機功能如何在苛刻的照明條件下發(fā)揮作用，以及通常會出現(xiàn)這些苛刻情形的成像應(yīng)用示例。

照明不一致的挑戰(zhàn)

設(shè)置視覺系統(tǒng)時，照明至關(guān)重要。如果光線很暗，照明不一致可能會導致圖像數(shù)據(jù)變得難以使用的問題。增加信號的常見解決方案是增加相機的增益。但是，如此一來噪聲會增加，從而降低圖像質(zhì)量。在其他情況下，過多的光線可能會導致圖像曝光過度。由于相機像素無法捕獲所有光線，因此圖像數(shù)據(jù)也會減少，從而有效消除傳感器過度曝光的區(qū)域。

動態(tài)范圍的重要性

高動態(tài)范圍能夠使視覺系統(tǒng)捕獲更多細節(jié)。這是因為圖像的動態(tài)范圍是指圖像數(shù)據(jù)在不損失清晰度的情況下的可以有最暗和最亮影調(diào)。在到達傳感器的光線較暗的系統(tǒng)中，捕獲的圖像可能無法滿足指定應(yīng)用的需求。如果視覺系統(tǒng)光線過多，也會影響圖像質(zhì)量。在這種情況下，圖像會曝光過度，明亮區(qū)域會導致圖像褪色。這種情況會阻礙圖像軟件在車輛通過收費站時分析重要數(shù)據(jù)，例如車輛上的車牌字符。

當車輛經(jīng)過收費站時，捕獲車牌信息。 如果在光線不足的情況下拍攝圖像，則圖像可能會顯得很暗。這是因為當傳感器沒有捕捉到足夠的光線時，光線不足的區(qū)域會顯示為黑色。這些較暗的圖像曝光不足，因此可能無法產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)來識別感興趣的對象。增加相機的增益可以提高傳感器的整體靈敏度，如果在黑暗環(huán)境中成像，這一點至關(guān)重要。然而，增加增益的缺點是會在圖像中引入額外的噪聲。這意味著需要平衡視覺系統(tǒng)將使用的增益量與可能同時引入的噪聲。這種平衡關(guān)系稱為信噪比（SNR）。

高轉(zhuǎn)換增益

與大多數(shù)傳感器支持的傳統(tǒng)增益不同，Teledyne Lt系列相機選用的SonyPregius第3代傳感器具備高轉(zhuǎn)換增益（HCG）功能。傳統(tǒng)增益和HCG之間的主要區(qū)別在于，具有HCG的傳感器可以在降低讀出噪聲的同時利用更多光線成像。該傳感器能夠使相機在較暗的環(huán)境中成像，用戶無需擔心會產(chǎn)生影響圖像質(zhì)量的噪聲。噪聲會在圖像中產(chǎn)生偽影，干擾需要分析圖像以確定場景或目標所需特征的圖像處理軟件。這對于交通成像等應(yīng)用來說是非常有用的，因為在太陽開始落山時，來自太陽的自然光會逐漸減弱。平衡方法是HCG有助于相機實現(xiàn)出色的弱光成像，動態(tài)范圍略有減少。

HCG通過防止曝光不足，使相機能夠在黑暗環(huán)境中成像。

低轉(zhuǎn)換增益

在一些最新款Teledyne Lt系列相機中發(fā)現(xiàn)的另一種主要采集和讀出模式是低轉(zhuǎn)換增益（LCG）。采用這種模式時，傳感器的主要目標是減少圖像曝光。與HCG模式一樣，LCG模式在交通中的用處也很大，因為該模式可以防止相機在非常明亮的環(huán)境中過度曝光。這導致讀出噪聲更高，但滿阱容量顯著增多。對增益放大可以保持在最低限度的明亮場景進行成像時，該模式可以提高動態(tài)范圍。

當過多的光線到達傳感器時，LCG模式可以防止相機過度曝光。

應(yīng)用

戶外成像的照明條件千變?nèi)f化，因此可以從具有高動態(tài)范圍或HCG/LCG模式的相機中顯著受益。在諸如超速和收費執(zhí)法等交通應(yīng)用中，太陽的位置會影響光線照射到相機的角度。在某些角度，進入傳感器的強烈反射光會導致圖像出現(xiàn)曝光過度的區(qū)域。雨、云、霧、濕度、雪和冷凝等各種天氣條件也會導致影響圖像的照明發(fā)生很大變化。HCG/LCG模式能夠為拍攝難度更高的表面（例如在晴天具有很強反射光的車牌）提供更多細節(jié)，或提高弱光條件下能見度以識別過往車輛的數(shù)量。 在生命科學中，相機的靈敏度可能是成像性能的關(guān)鍵因素。在顯微鏡下成像時，可能只能短暫曝光樣品，以確保光線不會損壞敏感對象。對于許多可能無法捕捉到足夠的光線來正確顯示樣品的相機來說，這可能會導致成像問題。通過使用HCG模式，這些圖像可以改善弱光性能。Teledyne Lumenera的INFINITY8-2M具備HCG模式，借此成為INFINITY8顯微鏡相機系列中靈敏度最高的相機。通過降低滿阱容量和讀出噪聲，使用該顯微鏡相機捕獲的圖像清晰地描繪了大靶面1.1''傳感器捕捉的所有細節(jié)。 在自動化和機器人等機器視覺應(yīng)用中，使用HCG/LCG有助于進行檢驗。該功能能夠根據(jù)工廠環(huán)境中的照明條件調(diào)整照明模式，使相機適應(yīng)這種環(huán)境。無需增加裝配線上的燈光數(shù)量，相機在照明減弱的條件下也能夠捕獲更多細節(jié)。因此有助于工廠執(zhí)行檢查任務(wù)，例如裝瓶或機械組裝。然而，許多工廠可能會有充足的光線，并且很難設(shè)置每個檢驗區(qū)域，因此只有充足光線量才能照亮相機感興趣的對象。LCG模式有助于為視覺系統(tǒng)提供靈活性，從而降低過度曝光的可能性。

憑借可以在HCG和LCG之間切換的相機，工廠自動化能夠適應(yīng)具有挑戰(zhàn)性的照明條件。 除了特定測試需要一致照明的單獨環(huán)境（例如在實驗室房間中進行校準）之外，多個相機系統(tǒng)同時對不同的場景進行成像時，很難獲得一致的照明。通過使用Sony Pregius第3代傳感器啟用的HCG/LCG模式，Lt系列相機為具有挑戰(zhàn)性的照明條件提供了解決方案。除了量子效率，相機影響靈敏度的主要因素是讀出噪聲。采用HCG模式后，相機可以降低讀出噪聲，同時為各種應(yīng)用拍攝更亮的圖像。

審核編輯：郭婷