机器视觉系统中黑白工业相机与彩色工业相机的区别

      工业相机是机器视觉系统中的核心组件，广泛应用于工业生产、城市测绘、粮食分拣等各个领域，尤其是用于质量控制、生产监控和测量任务等。工业相机与常规的相机相比，具有坚固耐用的特点，可以应对外部高温、高湿、粉尘等恶劣环境条件造成的影响。

      工业相机有不同的分类形式，按照芯片类型可以分为CCD相机和CMOS相机；按照传感器的结构特性可分为线阵相机和面阵相机；按照扫描方式可分为隔行扫描相机和逐行扫描相机；按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机和高分辨率相机；按输出图像信号格式可分为模拟相机与数字相机；按照输出色彩可分为了黑白相机与彩色相机。接下来，北京盈美智小编就简单介绍一下黑白相机和彩色相机的区别。

      黑白相机和彩色相机从字面上看就很容易理解，黑白相机输出的图像是黑白的，是没有颜色信息的灰度信号值；而彩色相机输出的图像是彩色的，而彩色相机又分为真彩色相机与伪彩色相机。

      无论是CCD还是CMOS图像传感器，其原理都是将光子转换为电子，其中光子数目与电子数目成比例。对每个像素，统计其电子数目就形成反映光线强弱的灰度图像，也就是说CCD和CMOS图像传感器是“色盲”，不具备辨色的能力，只能形成黑白图像。

不同色彩模式的工业相机

      左： 黑白模式                                    中：三棱镜模式                                      右：Bayer滤波片模式

图1 不同色彩模式的工业相机  

黑白相机

      当光线照射到感光芯片时，光子信号会转换成电子信号。由于光子的数目与电子的数目成比例，主要统计出电子数目就能形成反应光线强弱的黑白图像。经过相机内部的微处理器处理，输出就是一幅数字图像。在黑白相机中，光的颜色信息是没有被保留的。如图1左：黑白模式。

真彩色相机

      CCD和CMOS图像传感器无法区分颜色，只能感受到信号的强弱。在这种情况下为了采集彩色图像，可以使用三棱镜将光线分成光学三原色（RGB），接着使用3块感光芯片去分别感知强弱，再综合在一起。如图1中：三棱镜模式。

      真彩色相机获取的图像质量好，没有细节丢失，但这样的相机结构复杂，需要配备专门的镜头，价格一般都很昂贵。

伪彩色相机

      考虑到价格因素，柯达的拜尔（Bayer）提出了一种廉价的折中方案（伪彩色相机）：只用一块图像传感器，就解决了颜色的识别。他的做法是在图像传感器前面，设置一个滤光片，上面布满了滤光点，与下层的像素一一对应。如图3（右），Bayer滤光片上的滤光点的排列是有规律的：每个绿点的四周，分布着2个红点、2个蓝点、4个绿点。由于人眼对绿色最为敏感，所以绿色是红、蓝的两倍。由于每个滤光点只能通过红、绿、蓝之中的一种颜色，但是在输出时，所有像素都应该有这三种颜色的信息，被滤除的两种颜色分量值在后期的算法处理中通过插值法来补回。如图1右： Bayer滤波片模式。

总结

      伪彩色相机显著优点在于它能节省成本，当前市场上绝大多数彩色相机都采用此项技术。不过，黑白相机采集的是所有波长的光子，而伪彩色相机仅接受RGB三个波段的光子，并且会做一个去马赛克的邻域平均操作，因此无论是光通量还是细节表现均弱于黑白相机。

      对比彩色相机与黑白相机在相同环境下的成像，我们可做出这样的结论：在工业应用中如果我们要处理的是与图像颜色有关，那么我们需要采用彩色相机；如果不是，那么最好选用黑白相机，因为在同样分辨率下，黑白相机的精度高于彩色相机。