同芯不同像——如何选择相机—技术与应用频道- 视觉系统设计

几乎每个芯片型号，都会被大量运用在由不同制造商生产的相机中。仅当芯片相同时，这些相机就会有同样的表现吗？回答是否定的。

在帮助用户、开发商和项目团队选择合适相机时，哪些方面、哪些要素需重点考虑？最终的决策是根据实际应用与不同需求而有所变化的。

关键要素01

比较不同相机的EMVA数据

「为特定应用选择相机时，应遵循哪项标准？」这是行业内老生常谈的问题。欧洲机器视觉协会(European Machine Vision Association，简称EMVA)将此问题纳入考量范围，出台了EMVA1288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。

因此，要选择合适的相机型号，关键要比较不同相机的EMVA数据，以展示其功能或适配程度。

快门阴影线：图像伪影

值得注意的是，EMVA数据未必总能找出全部与芯片设计相关的问题。例如，有一种被称为“快门阴影线”的图像伪影——这类凭肉眼就能立即被发现的问题，却并不会影响EMVA值。再者，诸如坏点或闪点等时有发生的问题，也同样不影响EMVA值。因此，尽可能贴近实际应用环境，对相机进行全面测试也非常重要。

关键要素 02

相机尺寸、硬件性能和选择多样的功能包

显然，还有部分相机特点在EMVA标准中并未涵盖，例如设计尺寸、所用硬件，以及对环境影响（尤其是温度与温度变化或电磁干扰等）有多敏感。如果相机在这些方面表现不好，即便其数据符合应用所需，仍有可能不适配。

1相机尺寸

芯片尺寸相同，外壳大小各异

我们都知道，相同的芯片可以被应用在设计完全不同的相机中。在计算机视觉市场中，29x29的外壳尺寸与C口已成为大多2/3”的芯片和部分1”芯片的标配，当然，还包括尺寸更小的CMOS芯片和各种板级型号。

更小尺寸的相机，灵活度更高，在系统内占用空间更少。但并非尺寸越小越好，仍要综合考虑其他因素，如耗电量和散热管理，这些方面是工厂自动化应用的重点关注内容。

而至于其他应用领域（例如数字显微镜等领域），使用舒适、外观新颖的相机设计也较为重要。

2相机硬件

相机硬件中存在各种看不见的特性，即使采用完全相同的芯片，这些特性也会对相机应用表现产生不同的影响。

首先是FPGA，它是复杂的可配置逻辑单元，可以是安装在硬件端的数字开关，也可以是专用的微型处理器，具体形式多样。FPGA是相机众多概念的核心，功能强大的FPGA结合高效固件，能让许多固件功能（尤其是图像优化）在相机内部完整实现，从而减少PC或处理板的处理负荷。

其次，RAM可协助应用于临时储存图像的硬件，提升其数据稳定性。对于需要在短时间内通过高带宽配置来获取大量图像的应用而言，RAM是一项重要的硬件因素。

3相机的散热能力

以CMOS工业相机为例，新版CMOS相机芯片的帧速率显著高于旧版CMOS芯片或CCD芯片，在性能提升的同时，也会带来更高的功耗，在相机内部会产生更多的热量。相机内部升温会让各种应用出现问题，影响成像质量。因此，比较相机温度时需特别注意一点：务必确保在相同帧速率和分辨率的条件下进行测量。

要在产热的同时进行散热，相机的设计就显得尤为重要。如果散热不足，温度升高，不仅会加重图像噪声，还可能损害组件。

如果只是简单查看外壳温度，并不能准确探测出相机热力设计的差别；而当比较相机内核和外壳的温度时，热力设计的差别就较明显。因此，在测量温度时，应按照未来目标应用情景来安装相机，充分考虑到镜头和邻近物体的几何结构。

关键要素 03

固件功能和高稳定性的数据传输

尽管有些视觉系统能通过相同芯片来获得相同的成像效果，但更多情况下，提升视觉系统性能还是要依靠标准化或专有的功能。

由于固件、软件的不同，即便相同芯片的相机，其表现仍有较大差异。相机制造商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，可以有助于降低集成工作量、保证可靠的数据传输质量。另外相机固件的设置也非常重要，例如，如果为帧缓冲器妥善设置了相机固件，就可大大提升数据稳定性，在高带宽/帧速率的情况下能表现更佳。

下面，以2个基于Basler ace相机的实际应用案例来说明：

#1 成像质量优化案例