技术控：选择数字图像采集技术5大重点

安全监控市场上对速度和分辨率不断提升的需求，是驱动产品设计从模拟向数字过渡的最主要动力。你正在从模拟向数字摄影机转移吗？有五项重点你不可不知。

　　1.提高分辨率的利与弊

　　高分辨率相机可以产生更清晰、精确的图像，提高撷取图像的精准度，但缺点是速度会较慢。数字摄影机是以表示像素值的一系列数字号码来发送影像数据。一个分辨率200x100像素的摄像机会有20，000像素，因此会有20，000个数字必须被发送到采集系统。若摄像机的数据率为25MHz，则传送每个值需要40ns，总时间约需0.0008秒，相当于每秒1，250帧。

　　当摄像机分辨率提升到640x480时，总像素增加到307，200，大约是200x100分辨率的15倍。同样以25MHz数据率处理，总共会需要0.012288秒，或每秒81.4帧。这些都只是近似值，实际的摄像机帧率可能会因为操作者增加曝光和设置时间而更慢，但很明显，提升相机分辨率将导致摄像机帧速率下降。尽管有许多摄像机的输出配置有可能做到在不牺牲帧速率的情况下提升分辨率，但这些做法都将伴随额外的复杂性和更高成本。

　　2.速度和曝光

　　当选择一款数字摄像机时，其成像速度必须相当良好。假设要拍摄的对象在曝光过程中都不会移动，就可以选用相对简单和便宜的摄影机。但通常情况下，摄像机要拍摄的都是会连续移动的对象。因此，针对拍摄对象的不同特性，选择的摄像机也有所差异。

　　静止或移动缓慢的物体：区域数组摄像机很适合静止或移动缓慢的对象成像。因为整个区域数组必须立即被曝光，因此曝光时间将导致图像模糊。不过，可藉由减少曝光时间或使用闪光灯来控制运动模糊情况。

　　快速移动的物体：当使用区域数组摄像机拍摄运动的对象时，必须考虑到摄像机曝光时间的移动量和对象分辨率等要素。最主要原则在于当获取移动对象影像时，曝光必须发生在该对象移动量小于一个像素的时间内。

　　3.帧速率

　　摄像机的帧速率意味着该相机可在预定时间周期内传送给采集系统的完整帧，通常以帧/每秒来表示。例如，搭载640x480分辨率传感器的摄像机最大帧速率为每秒50帧。因此摄像机必须以20ms以下的曝光速度来传送一个帧。一些摄像机无法在当前曝光被读取时接着后续曝光，因此它们需要在没有摄取影像时固定曝光之间的时间。不过，许多摄像机都已能在读取一个影像的同时继续下一次的曝光了。因此，当拍摄移动对象时，必须考虑读出时间和摄像机所采用的方法。

　　4.频谱响应和响应度

　　所有采用电子传感器的数字摄像机都对光线能量极为灵敏。光能的波长范围一般从400nm到1，000nm出头左右。另外有一些特殊情况是低于400nm或是进入紫外光谱之烈，有些则在1，000nm以上并进入红外光谱范围内。有时在成像时，当希望分离某些从对象发出的特定光波长，摄像机所需波长的特性可能需要被定义。可运用滤波器来滤掉不需要的波长，但仍然有必要知道摄像机对所需波长的响应。

　　摄像机的响应度定义了摄像机对固定曝光量的灵敏度。摄像机的响应度可以用LUX或DN/(nJ/cm^2)来定义。「LUX」通常用来定义一定范围内可见光上光子单位的灵敏度；而DN/(nJ/cm^2)则并未局限在对可见光的响应。通常来说，这两个词都描述了摄像机对光的响应能力。

　　5.位深

　　数字摄像机会生成数字数据，或称像素值。这些数字化数据的每个像素都具有特定的比特号码，称为像素位深。位深通常为8~16比特。在单色摄像机中，位深定义了从深到浅的灰阶等级，其中0值为100%黑暗，而255(针对8位摄像机)则为100%的白色。0~255之间的值则是灰色，其中接近0的值为深灰色，而接近255的值几乎是白色。10位数据将产生1，024个灰阶，而12位数据会产生4，096个。

　　针对每一种应用，都必须仔细考虑以确定灰阶中的细或粗粒度步骤是否必要。机器视觉系统通常使用8位像素，而10或12位的数据量则是加倍的。但更高位也会导到系统速度降低，而更高的位深也会增加系统整合的复杂性，因为更高的位深会需要较大带宽，特别是当一个摄像机具有多个输出之时。