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高清電子工業(yè)內(nèi)窺鏡成像清晰的兩大要素

2022-09-23 10:39:53

高清電子工業(yè)內(nèi)窺鏡是工業(yè)可視化檢測(cè)的得力助手，具有畫(huà)面清晰、便于數(shù)字化管理的特點(diǎn)，擅長(zhǎng)探查工業(yè)設(shè)施內(nèi)表面不連續(xù)缺陷，例如：裂紋等。但市面上有的內(nèi)窺鏡，卻存在“畫(huà)面不清晰、有噪點(diǎn)、失真”等問(wèn)題，這是怎么回事呢？影響成像清晰效果的要素到底有哪些呢？這主要包括硬件和軟件兩個(gè)方面，涉及：傳感器和圖像處理功能等，下面分別說(shuō)明。

1. 傳感器是決定清晰度的核心要素。所述傳感器是指電子內(nèi)窺鏡視頻探頭前端的攝像頭，主要有CCD和CMOS之分。它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)復(fù)雜度、感光面積、放大器應(yīng)用方式等方面的差異，使得它們?cè)趦?nèi)窺檢測(cè)成像的性能上也存在一些差別。

首先，由于工藝的差異，CMOS每個(gè)像素都包含由晶體管和感光二極管等組成的放大器等電路，這使得CMOS像素不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且感光區(qū)域遠(yuǎn)小于像素點(diǎn)本身的表面積，因此在相同面陣下，應(yīng)用于電子內(nèi)窺鏡的CMOS傳感器，其像素值和靈敏度往往都低于CCD，在內(nèi)窺探查過(guò)程中就會(huì)表現(xiàn)為場(chǎng)景細(xì)節(jié)以及細(xì)微缺陷的呈現(xiàn)能力是不同的，例如CMOS對(duì)于細(xì)小裂紋等缺陷的輪廓還原度不夠真實(shí)。

其次，由于CMOS傳感器大量使用放大器（每個(gè)像素點(diǎn)都有），而屬于模擬電路的放大器其輸出結(jié)果很難保持一致，相比較，CCD傳感器只有一個(gè)放大器，因此CMOS的噪聲大于CCD，應(yīng)用于工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)上，就會(huì)表現(xiàn)為對(duì)圖像品質(zhì)的影響。

當(dāng)然CMOS在低成本、低功耗方面比起CCD占有優(yōu)勢(shì)，因此目前市場(chǎng)上使用這兩種傳感器的電子工業(yè)內(nèi)窺鏡都有，在成像清晰度以及價(jià)格等方面各有千秋。這與數(shù)碼相機(jī)市場(chǎng)比較類似，主流數(shù)碼相機(jī)廠商（索尼、佳能、奧林巴斯等）多采用CCD，而面向家庭或個(gè)人的低端市場(chǎng)基本都采用CMOS，這樣能夠更好地滿足不同層面的需求。

高清工業(yè)內(nèi)窺鏡

2. 圖像處理功能為清晰度錦上添花。高清電子工業(yè)內(nèi)窺鏡不管是采用CCD還是CMOS，畢竟是一次從現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景到數(shù)字視頻的轉(zhuǎn)換過(guò)程，如何才能實(shí)現(xiàn)近乎真實(shí)的高還原度，除了硬件傳感器自身性能外，軟件的圖像處理功能也有明顯的輔助作用。因此比較高端的高清電子內(nèi)窺鏡往往都可以配置功能豐富的圖像處理工具包，從而在面對(duì)復(fù)雜的內(nèi)窺檢測(cè)場(chǎng)景時(shí)：明暗不一的腔體、轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片、容易反光的光滑金屬材質(zhì)......都能呈現(xiàn)一貫的清晰畫(huà)質(zhì)。

例如：韋林電子工業(yè)內(nèi)窺鏡 Mentor Visual iQ 不僅有120萬(wàn)CCD像素的高清分辨率，還有基于軟件的圖像工具包，包括：自動(dòng)調(diào)整內(nèi)窺鏡攝像頭增益和曝光的亮度控制、使光照不足區(qū)域內(nèi)動(dòng)態(tài)圖像更清晰的長(zhǎng)曝光、降低圖像噪點(diǎn)的自適應(yīng)降噪、有針對(duì)性地提升暗部區(qū)域亮度的暗部增強(qiáng)、修正廣角光學(xué)物鏡轉(zhuǎn)接頭成像邊緣彎曲的失真校正、類似相機(jī)底片效果的負(fù)片、以及高動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)等。下面舉一個(gè)具體的例子。

自適應(yīng)降噪（ANR, Adaptive Noise Reduction）是一種信號(hào)處理算法，可以將多達(dá)128幀圖像進(jìn)行均衡處理，以降低可見(jiàn)的圖像噪點(diǎn)。Mentor Visual iQ 在圖像定格和捕獲的過(guò)程中，都可以自動(dòng)使用自適應(yīng)降噪功能，對(duì)于動(dòng)態(tài)圖像也沒(méi)有問(wèn)題，只要保持?jǐn)z像頭相對(duì)靜止就可以發(fā)揮ANR的作用。該功能主要應(yīng)用于大腔體檢測(cè)，比如：大型渦輪燃燒室和壓力容器等，因?yàn)榄h(huán)境較暗會(huì)導(dǎo)致噪點(diǎn)較重，ANR可以減少噪點(diǎn)，避免對(duì)內(nèi)窺檢測(cè)帶來(lái)干擾。以下左圖是沒(méi)有啟用ANR的檢測(cè)畫(huà)面，右圖是啟用后的。

高清電子工業(yè)內(nèi)窺鏡成像清晰的要素

綜上，雖然市面上有高清電子工業(yè)內(nèi)窺鏡、高清內(nèi)窺鏡、百萬(wàn)高清之類的多種叫法，但是成像清晰度是客觀存在的，它取決于實(shí)實(shí)在在的硬件傳感器性能和軟件功能，對(duì)于購(gòu)買(mǎi)者來(lái)說(shuō)，深入了解這些也許并不現(xiàn)實(shí)，特別是對(duì)硬件，但是可以通過(guò)實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中的體會(huì)切實(shí)感受到，是不是自己想要的高清品質(zhì)。

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