工(gōng)業相機是機器視覺系統中(zhōng)的核心組件，廣泛應用于工(gōng)業生(shēng)産、城市測繪、糧食分(fēn)揀等各個領域，尤其是用于質量控制、生(shēng)産監控和測量任務等。工(gōng)業相機與常規的相機相比，具有堅固耐用的特點，可以應對外(wài)部高溫、高濕、粉塵等惡劣環境條件造成的影響。

工(gōng)業相機有不同的分(fēn)類形式，按照芯片類型可以分(fēn)爲CCD相機和CMOS相機；按照傳感器的結構特性可分(fēn)爲線陣相機和面陣相機；按照掃描方式可分(fēn)爲隔行掃描相機和逐行掃描相機；按照分(fēn)辨率大(dà)小(xiǎo)可以分(fēn)爲普通分(fēn)辨率相機和高分(fēn)辨率相機；按輸出圖像信号格式可分(fēn)爲模拟相機與數字相機；按照輸出色彩可分(fēn)爲了黑白(bái)相機與彩色相機。接下(xià)來，北(běi)京盈美智小(xiǎo)編就簡單介紹一(yī)下(xià)黑白(bái)相機和彩色相機的區别。

黑白(bái)相機和彩色相機從字面上看就很容易理解，黑白(bái)相機輸出的圖像是黑白(bái)的，是沒有顔色信息的灰度信号值；而彩色相機輸出的圖像是彩色的，而彩色相機又(yòu)分(fēn)爲真彩色相機與僞彩色相機。

無論是CCD還是CMOS圖像傳感器，其原理都是将光子轉換爲電子，其中(zhōng)光子數目與電子數目成比例。對每個像素，統計其電子數目就形成反映光線強弱的灰度圖像，也就是說CCD和CMOS圖像傳感器是“色盲”，不具備辨色的能力，隻能形成黑白(bái)圖像。

       左： 黑白(bái)模式                                    中(zhōng)：三棱鏡模式                                      右：Bayer濾波片模式

圖1 不同色彩模式的工(gōng)業相機  

黑白(bái)相機

當光線照射到感光芯片時，光子信号會轉換成電子信号。由于光子的數目與電子的數目成比例，主要統計出電子數目就能形成反應光線強弱的黑白(bái)圖像。經過相機内部的微處理器處理，輸出就是一(yī)幅數字圖像。在黑白(bái)相機中(zhōng)，光的顔色信息是沒有被保留的。如圖1左：黑白(bái)模式。

真彩色相機

CCD和CMOS圖像傳感器無法區分(fēn)顔色，隻能感受到信号的強弱。在這種情況下(xià)爲了采集彩色圖像，可以使用三棱鏡将光線分(fēn)成光學三原色（RGB），接着使用3塊感光芯片去(qù)分(fēn)别感知(zhī)強弱，再綜合在一(yī)起。如圖1中(zhōng)：三棱鏡模式。

真彩色相機獲取的圖像質量好，沒有細節丢失，但這樣的相機結構複雜(zá)，需要配備專門的鏡頭，價格一(yī)般都很昂貴。

僞彩色相機

考慮到價格因素，柯達的拜爾（Bayer）提出了一(yī)種廉價的折中(zhōng)方案（僞彩色相機）：隻用一(yī)塊圖像傳感器，就解決了顔色的識别。他的做法是在圖像傳感器前面，設置一(yī)個濾光片，上面布滿了濾光點，與下(xià)層的像素一(yī)一(yī)對應。如圖3（右），Bayer濾光片上的濾光點的排列是有規律的：每個綠點的四周，分(fēn)布着2個紅點、2個藍(lán)點、4個綠點。由于人眼對綠色最爲敏感，所以綠色是紅、藍(lán)的兩倍。由于每個濾光點隻能通過紅、綠、藍(lán)之中(zhōng)的一(yī)種顔色，但是在輸出時，所有像素都應該有這三種顔色的信息，被濾除的兩種顔色分(fēn)量值在後期的算法處理中(zhōng)通過插值法來補回。如圖1右： Bayer濾波片模式。

總結

僞彩色相機顯著優點在于它能節省成本，當前市場上絕大(dà)多數彩色相機都采用此項技術。不過，黑白(bái)相機采集的是所有波長的光子，而僞彩色相機僅接受RGB三個波段的光子，并且會做一(yī)個去(qù)馬賽克的鄰域平均操作，因此無論是光通量還是細節表現均弱于黑白(bái)相機。

對比彩色相機與黑白(bái)相機在相同環境下(xià)的成像，我(wǒ)(wǒ)們可做出這樣的結論：在工(gōng)業應用中(zhōng)如果我(wǒ)(wǒ)們要處理的是與圖像顔色有關，那麽我(wǒ)(wǒ)們需要采用彩色相機；如果不是，那麽最好選用黑白(bái)相機，因爲在同樣分(fēn)辨率下(xià)，黑白(bái)相機的精度高于彩色相機。