可能很難針對特定的應用選擇合適的相機。通常考慮的常見相機規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，動態范圍和增益是成功捕獲圖像的關鍵因素。本文重點介紹了高轉換增益（HCG）和低轉換增益（LCG）相機功能如何在苛刻的照明條件下發揮作用，以及通常會出現這些苛刻情形的成像應用示例。

照明不一致的挑戰

設置視覺系統時，照明至關重要。如果光線很暗，照明不一致可能會導致圖像數據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，因此圖像數據也會減少，從而有效消除傳感器過度曝光的區域。

動態范圍的重要性

高動態范圍能夠使視覺系統捕獲更多細節。這是因為圖像的動態范圍是指圖像數據在不損失清晰度的情況下的可以有最暗和最亮影調。在到達傳感器的光線較暗的系統中，捕獲的圖像可能無法滿足指定應用的需求。如果視覺系統光線過多，也會影響圖像質量。在這種情況下，圖像會曝光過度，明亮區域會導致圖像褪色。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據，例如車輛上的車牌字符。

當車輛經過收費站時，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，因此可能無法產生圖像數據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，如果在黑暗環境中成像，這一點至關重要。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將使用的增益量與可能同時引入的噪聲。這種平衡關系稱為信噪比（SNR）。

高轉換增益

與大多數傳感器支持的傳統增益不同，Teledyne Lt系列相機選用的SonyPregius第3代傳感器具備高轉換增益（HCG）功能。傳統增益和HCG之間的主要區別在于，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境中成像，用戶無需擔心會產生影響圖像質量的噪聲。噪聲會在圖像中產生偽影，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有助于相機實現出色的弱光成像，動態范圍略有減少。

HCG通過防止曝光不足，使相機能夠在黑暗環境中成像。

低轉換增益

在一些最新款Teledyne Lt系列相機中發現的另一種主要采集和讀出模式是低轉換增益（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。

應用

戶外成像的照明條件千變萬化，因此可以從具有高動態范圍或HCG/LCG模式的相機中顯著受益。在諸如超速和收費執法等交通應用中，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曝光過度的區域。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，或提高弱光條件下能見度以識別過往車輛的數量。 在生命科學中，相機的靈敏度可能是成像性能的關鍵因素。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。 在自動化和機器人等機器視覺應用中，使用HCG/LCG有助于進行檢驗。該功能能夠根據工廠環境中的照明條件調整照明模式，使相機適應這種環境。無需增加裝配線上的燈光數量，相機在照明減弱的條件下也能夠捕獲更多細節。因此有助于工廠執行檢查任務，例如裝瓶或機械組裝。然而，許多工廠可能會有充足的光線，并且很難設置每個檢驗區域，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具有挑戰性的照明條件。 除了特定測試需要一致照明的單獨環境（例如在實驗室房間中進行校準）之外，多個相機系統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，同時為各種應用拍攝更亮的圖像。

審核編輯：郭婷