為了能推進(jìn)實(shí)時(shí)決策、提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平，各行各業(yè)都越來(lái)越關(guān)注裝備計(jì)算機(jī)視覺(jué)設(shè)備、嵌入式軟件、先進(jìn)傳感器和機(jī)器人的智能工廠(chǎng)，從而提振了機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)。在工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)用于電子元件分析、特征識(shí)別、物體和圖案識(shí)別及材料檢驗(yàn)，可以幫助不同過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，通過(guò)圖像處理發(fā)現(xiàn)故障。由于機(jī)器視覺(jué)能夠減少人工操作并提高產(chǎn)品制造的精度，因此備受歡迎。

高性能圖像傳感器如何選？全面理解性能的多個(gè)維度

圖像傳感器的關(guān)鍵性能包括分辨率、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、幀率和噪聲水平。分辨率決定圖像的細(xì)節(jié)和清晰度，高分辨率傳感器適用于需要精細(xì)檢測(cè)的應(yīng)用，如醫(yī)療成像和質(zhì)量控制。靈敏度影響在低光環(huán)境下的表現(xiàn)，高靈敏度傳感器適合夜視和安防監(jiān)控。動(dòng)態(tài)范圍決定傳感器在高對(duì)比度場(chǎng)景中的表現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于交通監(jiān)控和高動(dòng)態(tài)范圍成像。幀率影響實(shí)時(shí)性，高幀率傳感器適用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)駕駛。噪聲水平則影響圖像質(zhì)量，低噪聲傳感器在精密測(cè)量和科學(xué)研究中至關(guān)重要。

綜合這些性能，圖像傳感器的選擇直接決定了應(yīng)用的效果和可靠性，可以從這些維度去評(píng)估圖像傳感器的性能：

分辨率：每幀或每幅圖像的信息量是水平像素?cái)?shù) x 與垂直像素?cái)?shù) y 的乘積。與消費(fèi)級(jí)相機(jī)不同，機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用不需要極高的分辨率。分辨率過(guò)高會(huì)造成需要更多的傳感器和更大的圖像處理器帶寬，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)成本無(wú)謂地增加。用戶(hù)必須根據(jù)要掃描的相關(guān)物體和物體上提供的光量選擇分辨率。

光學(xué)格式：將鏡頭聚焦光線(xiàn)的投影與傳感器的像素陣列相匹配，以覆蓋傳感器（并充分利用分辨率）。

長(zhǎng)寬比：無(wú)論是 1:1、3:2 還是其他比例，最佳排列都應(yīng)與目標(biāo)視野的布局相對(duì)應(yīng)，以免分辨率超出應(yīng)用需求而造成浪費(fèi)。

幀率：如果目標(biāo)正在快速移動(dòng)，那么每秒需要拍攝足夠多的圖像來(lái)“凍結(jié)”運(yùn)動(dòng)，并與所要成像的物理空間保持一致。但與分辨率一樣，拍攝速度只需要能夠解決對(duì)應(yīng)的問(wèn)題就夠了。

動(dòng)態(tài)范圍 (DR)：最大阱容和讀取噪聲等因素決定了動(dòng)態(tài)范圍，即最大信號(hào)與最小信號(hào)之比。動(dòng)態(tài)范圍越大，傳感器就越能更好地捕捉應(yīng)用場(chǎng)景中從亮到暗的漸變細(xì)節(jié)。

卷簾快門(mén)與全局快門(mén)：當(dāng)前大多數(shù)傳感器都支持全局快門(mén)，即所有像素行同時(shí)曝光，從而消除運(yùn)動(dòng)引起的模糊。但是，實(shí)現(xiàn)全局快門(mén)所需的傳感器上電子器件會(huì)增加一定的成本，因此對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，使用卷簾快門(mén)傳感器仍然是有意義的。

像素大小：物理像素越大，所能接納的光子就越多。一般來(lái)說(shuō)，傾向于使用大像素。但這樣一來(lái)，就需要耗費(fèi)更多的硅面積來(lái)支持所需的 x x y （x by y）陣列以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的分辨率，并且需要更大的光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致物料單成本上升。另一方面，非常小的像素需要復(fù)雜的光路設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)良好的光學(xué)分辨率。

光學(xué)傳感器可用于深度感知、環(huán)境中的定向和交互，是唯一能夠檢測(cè)顏色的傳感器方案。值得一提的是，采用全局快門(mén)的圖像傳感器同時(shí)存儲(chǔ)整個(gè)圖像中的像素?cái)?shù)據(jù)，而沒(méi)有運(yùn)動(dòng)偽影，因此非常適合用在四處移動(dòng)時(shí)。卷簾快門(mén)傳感器具有更高的動(dòng)態(tài)范圍，因此可以在較差的照明條件下更好地工作。

全局快門(mén)在捕捉運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景方面具有優(yōu)勢(shì)，并且能為開(kāi)發(fā)者和制造商帶來(lái)其他好處。而最大限度地減少運(yùn)動(dòng)偽影是全局快門(mén)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。全局快門(mén)傳感器一次可以捕獲整個(gè)圖像，因此避免了卷簾快門(mén)圖像中可能出現(xiàn)的失真和偽影，尤其是在捕捉快速移動(dòng)的物體時(shí)。

審核編輯 黃宇