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1、 相机增益对图像亮度及噪音影响的定量分析 整理人：孙荣 相机增益相机增益： 数字相机及图像处理专业常使用 dB 表示其增益，但我们在使用中，往往忽略了 dB 的实际意义。 单位 dB(Decibel，分贝)，用来表示两个量的相对大小关系。 在工程应用中，经常替代具体的比值出现。目的是把一个很大（后面跟一长串 0 的）或者很小（前面有一长串 0 的）的数比较简短地表示出来。也可以理解为根据具体的应用，将比值结果重新量化定义。 图像传感应用中，dB 的定义方式为： 20log（甲/乙）=（ ）dB 其中 log x 是以 10 为底的对数。 当然，在其他领域也有不同的定义方式，如功率上为： 10l
2、og（甲/乙）=（ ）dB 其中 log x 是以 10 为底的对数。 类似的还有，单位 bit（有效位数）的定义方式为： lg（甲/乙）=（ ）dB 其中 lg x 是以 2 为底的对数。 鉴于对数的相关计算比较复杂和抽象，我们根据图像传感应用中的 dB 定义方式，将各类技术文档中经常出现的10dB 换算为常规的比值数据，便于理解和使用： dB 数 -10dB -9dB -8dB -7dB -6dB -5dB -4dB 甲/乙 0.3162 0.355 0.398 0.447 0.501 0.562 0.631 dB 数 -3dB -2dB -1dB 0dB 1dB 2dB 3dB 甲/乙
3、0.708 0.794 0.891 1 1.122 1.259 1.413 dB 数 4dB 5dB 6dB 7dB 8dB 9dB 10dB 甲/乙 1.585 1.778 1.995 2.239 2.512 2.818 3.162 dB 数与常规比值换算表 从表格中可知，当 6dB 时，甲为乙的 2 倍；-6dB 时，甲为乙的 0.5 倍。10dB与-10dB 相比，甲扩大为原来的 10 倍。 为了确认上述换算表的正确性，我们将其与一些资料进行了对比，并通过实验进行了简单的验证。 资料资料对比：对比： DALSA PC30 4K 相机 DALSA P3 8K 相机 Chromasense
4、4k 相机 由 DALSA 提供的相机技术手册中可以看出， 相机响应度+10dB 是相机响应度-10dB 的 10 倍， 相机响应度+10dB 是相机响应度0dB 的 3.16 倍， 相机响应度0dB 是相机响应度-10dB 的 3.16 倍，与换算表中的数据一致。 Chromasense 4k 的技术手册中并未给出各级 dB 下相机的具体参数，但根据其提供的级数推断，Chromasense 4k 相机的 Analog Coarse Gain 最高支持 2 倍（+6dB）的扩展。 实验验证：实验验证： 以 DALSA P3 8K 黑白相机为例，在各项环境参数相同的情况下，使用模拟增益 0dB
5、和模拟增益 3dB 两种状态拍图并分析： 模拟增益 0dB 模拟增益 3dB 使用 HALCON 算子 intensity(Regions, Image : : : Mean, Deviation)， 对两幅图像中心相同区域的均值和方差进行统计： 其中像素的灰度均值可代表图像的平均亮度： 像素的灰度方差可代表图像的噪声水平： 初步初步结论结论： 相机模拟增益是通过调整相机响应度进而影响输出图像亮度的。 相机模拟增益对图像亮度的影响，与我们梳理的表格信息基本一致。 也就是说今后可以通过当前图像亮度、以及目标图像亮度，反推相机模拟增益的设置，改变当前完全依靠现场人工调试的状态。 同时还可以看到，通过模拟增益调节图像亮度时，图像噪声的变化程度与图像亮度的变化程度是相同的。也就是说，当图像中缺陷信号的幅度小于或近似于噪音信号时，通过调节模拟增益拉伸图像对比度并不能提高缺陷的检测能力；但对于信号幅度较大的缺陷，模拟增益拉伸图像可以提高缺陷检测的控制精度。
