工业相机摄影指南
工业相机设定指南。
前言
本文介绍了一些相机参数的功能和效果。 目的在展示如何获得漂亮的图像。 自动影像处理（例如测量）通常不需要漂亮的影像，而是需要来自工业相机感测器的原始数据。
实用准则
光源
光源是摄影中最重要的部分。 糟糕的光源、错误的角度光源和闪烁的光源都会影响获得的影像，导致无法得到预期的结果。
透过调整光源可以获得最佳效果。 例如要侦测刮痕或轮廓，光线应该来自侧面，这样就会产生阴影。
自动装置
自动曝光、增益和白平衡虽然容易使用，但有还是有使用时机的限制。 如果场景光线充足，可以停用自动功能，手动调整相机属性可以获得更好的效果。
增益
避免使用增益，因为它会产生噪点。 改用延长曝光时间。
曝光
如果场景静止不动，曝光时间可以尽量延长。 如果场景中有移动，则需要缩短曝光时间，直到运动模糊可以接受为止。
影像亮度
影像中白色的过曝区域不包含任何信息。 但是，暗部看似曝光不足的区域仍然包含可用信息。 因此，尽量避免影像出现过曝区域。
显示器
显示器可以显示 RGB 24 的 16,777,216 种颜色。 显示器设定（例如色温和亮度）会影响相机影像的呈现。 如果工业相机使用10位元或12位元像素格式，则必须将此格式转换为显示器可以显示的8位元格式。 转换的过程中会导致图像的资讯遗失。
并且若是萤幕显示器过旧，也会造成影像细节遗失。
属性
工业相机具有各种属性。 有些是感测器上的模拟，例如增益，其他是数位化后对影像资料进行影像处理，例如伽玛(Gamma)和色调映射(Tone Mapping)。
曝光(Exposure)
曝光时间决定了感测器捕捉光线的时间长度，然后再将其读出并转换为电压值。
增益(Gain)
增益是感测器上的线性类比放大器。 增益越大，杂讯越大。
白平衡(White balance)
白平衡调整影像的红、绿、蓝分量，让影像具有逼真的色彩。
灰度世界(Grayworld)
Grayworld自动演算法尝试将直方图中红、绿、蓝的最大值设置为相同的亮度值。 这在大多数情况下都可以正常工作。 但是在单一色调的影像上（例如蓝色地毯），这会产生灰色图像。
色温(Temperature)
色温自动演算法会根据现况调整光源。 因此上述提到的蓝色地毯在算法下仍然保持蓝色。
饱和度(Saturation)
饱和度可以校正色彩，将颜色从不饱和影像校正到过饱和影像。 预设值为 100%。 大约 130% 可以使色彩更加鲜艳。
伽玛(Gamma)
伽玛调整影像的亮度值。 低于 1.0 的值使影像变亮，大于 1.0 的值使影像变暗。
详细资讯请参考连结: https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_ Correction
色调映射(Tone Mapping)
与 Gamma 一样，色调映射是一种直方图函数，它是一个强大的功能。 使高动态影像在显示器上能够更清晰。 当影像格式每个色彩频道为 10 或 12 位，则其效果最佳。 若要在显示器上显示，影像必须缩小到每个颜色通道 8 位元。
强度(Intensity)
强度是表示改变 LUT 转换的强度。
全局亮度权重系数(Global Brightness Factor)
全局亮度权重系数决定了影像中要使用多少全局亮度来调整 pow-factor-table，以及使用多少像素的局部亮度。
如何加强显示阴影暗区
下图是一个高动态场景，具有非常暗和非常亮的区域：右上角的晶体曝光过度，而中间孔洞的黑暗区域没有显示任何细节。
影片格式(Video Format)
应使用 RGB64 影片格式。 它为每个色通道提供 10 或 12 位的色深，即每通道可以表示 1024 或 4096 种不同的颜色。 37U 相机系列提供 10 位色深，其他相机系列提供 12 位色深。 额外的 2 位色深用于表示更暗的亮度范围，可以让画面中的暗部细节更加清晰。
直方图(Histogram)
直方图是一种用于显示图像亮度分布的工具。 在直方图中，横轴代表亮度值，纵轴代表像素数量。 从直方图可以看出，图像中没有暗像素（由黄色区域表示），但存在许多过曝像素（位于直方图的右侧）。 过曝像素会导致画面中的亮部细节丢失，因此需要尽量减少过曝像素的数量。
调整曝光时间(Adjust Exposure Time)
增益和白平衡现在已停用。 亮度设为 0 是为了降低黑电平并将直方图向左移动。
曝光时间设定为直方图右侧没有显示过度曝光值的值。
目前曝光时间为1/69秒，亮度接近255的像素仅有少数。
色调映射(Tone Mapping)
现在，色调映射用于使暗区域变亮，同时保持较亮区域的亮度。
首先调整“强度(Intensity)”属性。
强度值(Intensity)不适合太高，以免遗失亮区的像素资讯。
现在，黑洞中的晶体变得可见。 然后，调整全局亮度系数，使直方图稍微展开。
伽玛
伽玛是一种用于调整影像亮度的非线性函数。 它可以使影像整体变亮，并增加暗部区域的细节。
清晰度
清晰度是一种用于调整影像边缘锐度的工具，它可以使影像中的细节更加清晰。
如：可以看到黑洞中的更多细节。
饱和度
饱和度是一种用于调整影像色彩鲜艳度的工具，它可以使影像中的色彩更加饱满。
仅调整曝光时间去观察黑洞
为了仅显示黑洞中的细节，可以将曝光时间作为唯一要设定的属性。
下图显示了仅使用曝光时间拍摄的黑洞影像：
总结
将光源直接照射在黑洞中，可以使黑洞脱离阴影区，使细节更加清晰。
当所有自动装置均已关闭，这时如果光线情况发生变化，影像将变得曝光过度或曝光不足，必须重新进行调整。 这是因为工业相机是以恒定光照为条件而设计的。
为了克服这种情况，必须使用一种软体，该软体接收不同曝光时间的影像，因此接收不同的亮度值，并重新将它们组合起来。 该过程称为 HDR，可以使用 OpenCV 等来实现。 请参考连结： https://docs.opencv.org/4.x/d2/df0/tutorial_py_hdr.html
高动态范围(HDR)
此范例在同一场景以不同的曝光时间拍摄了四次。 然后，使用 OpenCV 中的 HDR 算法(6.9)将这些图像组合在一起，生成最终影像。
处理后的单张影像的曝光时间为
exposure_times = np.array([0.1111, 0.0588, 0.029, 0.014], dtype=np.float32)
此影像显示，为了获得最佳结果，需要多个来源影像。
根据曝光自动返回的曝光时间以智慧方式计算曝光时间，使该光源独立。 这个过程需要一些时间，因此次方法仅适用于静止场景和单张照片。
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