浅析工业相机的帧率 以及如何曝光

工业相机是机器视觉系统的先锋,负责图像数据获取，是视觉系统中的核心部件。工业相机的主要参数包括:分辨率、像素深度、像元尺寸、帧率、光谱响应特性等。我们今天对帧率进行一个细致的了解。   

帧率(Framerate)是表示单位时间内显示的帧数量度。面帧相机每秒采集或曝光的帧数(FramesperSecond),简称:FPS，对于线阵相机为每秒采集的行数(Hz)。

相机图像采集过程分为曝光（exposure）和读取（Readout）。第一步进行曝光动作，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）。针对这两个步骤，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。如下所示

Non-overlapped Exposure

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”)曝光的方式下图所示。

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”模式下: FramePeriod ≤Exposure Time + ReadoutTime

“non-overlapped”模式下:FramePeriod > Exposure Time + Readout Time

而实际上COMS相机Readout time时间很小可以忽略不计，帧率主要取决于曝光于通信带宽。

以芯片CMV4000为例（长2048 X 宽2048），单张图像大小4M。

当曝光时间大于传输时间就会影响相机帧率，而当曝光时间≤对应传输时间，帧率就取决于传输时间。

编辑：jq