比較現代 CMOS 相機的最佳方式為何？

不管是哪種感光元件型號，都有來自許多製造商的相機款式可用。

使用相同感光元件的相機，就彼此相同嗎？在協助用戶、開發人員與專案團隊選擇正確相機時，有哪些重點？決定會因應用與需求而有所不同。

必須參考 EMVA 資料

閃爍畫素：會讓肉眼立即發現的影像偽影範例。

為特定應用選擇相機時，要用哪些標準來選，這問題存在已久；歐洲機器視覺協會 (EMVA) 也已將之列入考慮。結果就是 EMVA 1288 標準。該標準定義了資料決定的方式，用於衡量工業相機或相機內感光元件的影像品質與感光度。

在選擇適用機型時，比較相機的 EMVA 資料是很重要的。只有 EMVA 資料可以顯示相機的能力，或是有多適合。

不過 EMVA 資料並不能完全顯現和感光元件設計有關的問題。其中一個例子是所謂的快門線，這是一種影像偽影。肉眼可以立即看出這個問題，但不會影響 EMVA 數值。另一個範例是個會在不同時間發生的錯誤，像是缺陷或閃爍畫素。

使用樣品相機來進行完整測試，對用戶會有很大幫助。這類測試的重點是要詳細評估相機，並盡可能接近應用的環境或工作。並不是所有的演算法，對影像品質問題都一樣反應敏銳。在每種情況下，如果可以依循可靠的影像品質標準，就會很有幫助；而只有大型品牌製造商才能提供。這會讓你自己的應用省下測試時間和麻煩的最佳化過程。

相機尺寸、硬體效能和廣泛的功能是展示的重點。

EMVA 無法涵蓋的相機特徵，也包括一些明顯的案例，例如其設計尺寸與採用的硬體，以及對環境影像的敏感度，特別是溫度、溫度變化，廣是電磁干擾。這些條件很容易造成相機不被採用，即使其資料表現很適合某項應用。

相機尺寸

相同的感光元件尺寸，安裝在不同大小的機殻內

相同的感光元件，可以安裝在在完全不同的相機格式中。雖然 29x29 的尺寸與 C-mount 已成為機器視覺市場上對應最大達 2/3" 甚至 1" 感光元件的標準，但也有更小尺寸機身搭載更小 CMOS 感光元件，甚至板件層級的變體 (這些也是完整的單板無機殻工業相機)。更小的尺寸能帶來更大的靈活度，並節省系統內的空間。不過也需要考慮耗電與散熱，因此最小型的相機未必最適合。對標準工廠自動化應用來說，這些層面都相當重要。但也有一些像是醫療工程之類的應用領域，其機殻必須滿足產業標準的要求。優質而吸引人的設計，在數位顯微鏡之類的領域也很重要，因為相機會外露。

相機內的硬體

提到相機硬體時，即使相機搭載相同的感光元件，也是有許多看不到的因素影響相機的不同表現。首先從 FPGA 開始，一種複雜的、可配置的邏輯元件，可以數位開關的形式安裝在硬體端，一直到專用的微處理器。FPGA 代表許多相機概念的核心。強大的 FPGA 加上高效率的韌體，讓許多韌體功能 (特別是影像最佳化) 可以由相機本身處理，無需對電腦或處理板加上額外負荷。記憶體可當做影像的暫時儲存裝置，也有益於硬體。資料穩定性的加強很重要，特別是在短時間內需要許多影像，因而需要高頻寬的應用。

相機溫度/發熱

較新的 CMOS 感光元件，和舊式 CMOS 感光元件與 CCD 感光元件相比，具有高得多的取像速度。雖然帶來更佳性能，但這也會導致更高的功耗，並在相機內產生更多熱量。較高的相機內部溫度，會對各種應用帶來問題，並且降低影像品質。相機間的溫度比較，必須隨時注意，以一致的取像速度和解析度水準進行測量。相機的設計對散熱方面有重要的影響。如果散熱不良，溫度上升不只會造成影像雜訊增加，還可能造成元件損壞。相機散熱設計的比較不著重在外殻溫度，而更加著重在相機核心與外殻之間的溫度比較。在進行溫度測量時，應將相機安裝在預定使用的應用中，並考量鏡頭與附近物體的形狀。

附帶一提：韌體功能和資料傳輸高穩定性

具備相同感光元件的相機也可能表現非常不同，因為相機的韌體和軟體各不相同。在此，對 GenICam 之類標準的遵循，以及對 GigEVision 和 USB3 Vision 介面標準的相容性都十分重要。這些標準對相機的傳輸頻道和介面進行規範與定義，降低整合需投入的心力之外，也提供可靠的資料傳輸品質。

在韌體和相關軟體的效率方面，也可能存有各種差異。首先是和相機整合工作相關的項目：並非每家相機製造商都能提供成熟的軟體與驅動程式環境，以控制相機，或是提供成熟的程式編輯環境 (相容於多種作業系統與程式語言)。然而對任何主流設計來說，這些是絕對必須的。

資料的穩定性也各有不同。例如，如果相機韌體為一台影像暫存器而設計，就會明顯提升資料穩定性，特別是具備高頻寬/取像速度。

標準化或專屬功能，很大程度可以提高視覺系統的性能；有些功能則可以從相同的感光元件中獲得更佳結果。

接下來提供兩個來自 Basler ace 相機的案例：

同樣的感光元件、不同的資料預處理：不透過韌體進行影像最佳化 (左)、有 (右)。

相機中有價值的韌體功能，包括影像品質最佳化等。這對需要高色彩逼真度的應用 (醫療)、精確的輪廓 (讀取條碼或車牌) ，或是結合色彩辨識的清晰細節 (電子電路板生產中的元件偵測與放置位置) 等都很有幫助。

使用定序器功能的案例

有些相機具備定序器功能。在攝影的程序中，這可讓相機根據一個預先定義的計畫，在影像與影像之間快速切換相機設定。要在短時間內強調物體的不同性質，就必須使用定序器。範例包括交通監控、玻璃檢測系統、實驗室自動化系統。

相機的選擇：挑選長期合作「夥伴」

決定要在系統中採用什麼相機，通常也就是決定要跟哪一個夥伴進行多年的共同設計。與大型、成熟的相機製造商合作，是明智的選擇。

供貨能力與品質都是重要關鍵。當重點放盡力降低資本支出時，公司供應元件的能力就變得更加重要，供貨狀態與即時到貨以避免供應鏈的「浪費」，是精實生產流程的一環。這些挑戰相當嚴苛，並非所有工業相機製造商都能達到。同樣的，對相機供應商來說，必須能有計畫的對應短交貨期間、波動幅度大的訂單數量，並且快速處理大型專案，這些能力都必須深植於公司的 DNA 中。

論及相機品質與功能時，可靠性與穩定性缺一不可。多次測試與精密校正，能夠確保每一台相機的運作符合預期，收集到的資料也才能用於生產流程的連續控制。

如果相機的表現不如預期，會發生什麼事？品牌在市場上的規模與定位，通常反應製造商如何管理品質問題、快速分析問題，並快速自錯誤中學習並解決，不論是在生產線上或服務客戶。