相机增益对图像亮度及噪音影响的定量分析

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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：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logx是以10为底的对数。当然，在其他领域也有不同的定

2、义方式，如功率上为：10log（甲/乙）=（）dB其中logx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lgx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0.31620.3550.3980.4470.5010.5620.631dB数-3dB-2dB-1dB0dB1dB

3、2dB3dB甲/乙0.7080.7940.89111.1221.2591.413dB数4dB5dB6dB7dB8dB9dB10dB甲/乙1.5851.7781.9952.2392.5122.8183.162dB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。资料对比：DALSAPC304K相机DALSAP38K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。Chromasense4k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，Chromasense4k相机的AnalogCoarseGain最高支持2倍（+6dB）的扩展。实验验证：以DALSAP38K黑白相机为例，在各项环境参数相同的情况下，使用模拟

5、增益0dB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

6、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。