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工业相机的帧率与曝光的关系

作者:康耐德智能 浏览:93 发表时间:2020-08-21 09:15:42 来源:网络资源

[工业相机]是机器视觉系统的重要组成部分之一在机器视觉系统中有着非常重要的作用工业相机已经被广泛应用于工业生产线在线检测、智能交通机器视觉科研科学航天航空等众多领域。工业相机的主要参数包括分辨率、帧率、像素、像元尺寸、光谱响应特性等。下面我们来对工业相机帧率的相关知识进行讲解


帧率(Frame rate)是用于测量显示帧数的量度。所谓的测量单位为每秒显示帧数(Frames per Second)简称FPS或“赫兹”(Hz) 


由于人类眼睛的特殊生理结构如果所看画面之帧率高于16fps的时候就会认为是连贯的此现象称之为视觉暂留这也就是为什么电影胶片是一格一格拍摄出来然后快速播放的 


每秒的帧数(fps)或者说帧率表示图形处理器处理场时每秒钟能够更新的次数。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。一般来说30fps就是可以接受的,但是将性能提升至60fps则可以明显提升交互感和逼真感,但是一般来说超过75fps一般就不容易察觉到有明显的流畅度提升了。如果帧率超过屏幕刷新率只会浪费图形处理的能力,因为监视器不能以这么快的速度更新,这样超过刷新率的帧率就浪费掉了。 


大帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate)即相机采集传输图像的速率对于面阵相机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.)对于线阵相机为每秒采集的行数(Hz)



相机帧率和曝光时间的关系


我们在使用工业相机的时候将相机的曝光时间增加以后相机的帧率就下降而且下降得很厉害相机的帧率和曝光的关系是怎样如果想要获得固定的帧率相机的曝光时间应该怎么设置使用Sentech相机来做过相关的测试帧率和曝光时间跟本文中所述一致详细原理见下文所示


曝光和传感器读数

相机上的图像采集过程包括两个截然不同的部分。一是曝光。曝光完成后进行第二部分Readout过程即从传感器的寄存器中读出数据并传送出去(Readout过程)


关于图像采集过程中相机操作有两种常见的方法non-overlapped”的曝光和“overlapped”的曝光。在非重叠(non-overlapped)模式中每个图像采集的周期中相机在下一个图像采集开始前均要完成曝光/读出整个过程如图1所示。


Fig.1 Non-overlapped Exposure


虽然非重叠(non-overlapped)的模式可适合于许多情况下但依旧还有更有效的方式。为了提高相机的帧率允许在下一帧图像开始曝光时候将前一帧获得的图像数据读出并传送出去相机“重叠”(overlapped)曝光的方式见图2所示。


从图2中我们可以看到,相机读出数据和下一帧曝光开始出现重叠的情况,在同一个时刻内,相机执行两个操作,导致在同样的单位时间内,在“overlapped”曝光模式下,可以采集到更多的图片,即相机的帧率更高。



Fig.2 overlapped Exposure



从上边两个图中我们可以知道在non-overlapped”的曝光和“overlapped”的曝光模式底下一帧图像的周期存在着这样的关系"overlapped”的曝光模式下 FramePeriod Exposure Time + ReadoutTime

non-overlapped”的曝光模式下FramePeriod > Exposure Time + Readout Time


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