工業相機攝影指南
工業相機設定指南。
前言
本文介紹了一些相機參數的功能和效果。 目的在展示如何獲得漂亮的圖像。 自動影像處理（例如測量）通常不需要漂亮的影像，而是需要來自工業相機感測器的原始數據。
實用準則
光源
光源是攝影中最重要的部分。 糟糕的光源、錯誤的角度光源和閃爍的光源都會影響獲得的影像，導致無法得到預期的結果。
透過調整光源可以獲得最佳效果。 例如要偵測刮痕或輪廓，光線應該來自側面，這樣就會產生陰影。
自動裝置
自動曝光、增益和白平衡雖然容易使用，但有還是有使用時機的限制。 如果場景光線充足，可以停用自動功能，手動調整相機屬性可以獲得更好的效果。
增益
避免使用增益，因為它會產生噪點。 改用延長曝光時間。
曝光
如果場景靜止不動，曝光時間可以盡量延長。 如果場景中有移動，則需要縮短曝光時間，直到運動模糊可以接受為止。
影像亮度
影像中白色的過曝區域不包含任何信息。 但是，暗部看似曝光不足的區域仍然包含可用信息。 因此，盡量避免影像出現過曝區域。
顯示器
顯示器可以顯示 RGB 24 的 16,777,216 種顏色。 顯示器設定（例如色溫和亮度）會影響相機影像的呈現。 如果工業相機使用10位元或12位元像素格式，則必須將此格式轉換為顯示器可以顯示的8位元格式。 轉換的過程中會導致圖像的資訊遺失。
並且若是螢幕顯示器過舊，也會造成影像細節遺失。
屬性
工業相機具有各種屬性。 有些是感測器上的模擬，例如增益，其他是數位化後對影像資料進行影像處理，例如伽瑪(Gamma)和色調映射(Tone Mapping)。
曝光(Exposure)
曝光時間決定了感測器捕捉光線的時間長度，然後再將其讀出並轉換為電壓值。
增益(Gain)
增益是感測器上的線性類比放大器。 增益越大，雜訊越大。
白平衡(White balance)
白平衡調整影像的紅、綠、藍分量，讓影像具有逼真的色彩。
灰度世界(Grayworld)
Grayworld自動演算法嘗試將直方圖中紅、綠、藍的最大值設置為相同的亮度值。 這在大多數情況下都可以正常工作。 但是在單一色調的影像上（例如藍色地毯），這會產生灰色圖像。
色溫(Temperature)
色溫自動演算法會根據現況調整光源。因此上述提到的藍色地毯在算法下仍然保持藍色。
飽和度(Saturation)
飽和度可以校正色彩，將顏色從不飽和影像校正到過飽和影像。 預設值為 100%。 大約 130% 可以使色彩更加鮮豔。
伽瑪(Gamma)
伽瑪調整影像的亮度值。 低於 1.0 的值使影像變亮，大於 1.0 的值使影像變暗。
詳細資訊請參考連結: https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_ Correction
色調映射(Tone Mapping)
與 Gamma 一樣，色調映射是一種直方圖函數，它是一個強大的功能。 使高動態影像在顯示器上能夠更清晰。 當影像格式每個色彩頻道為 10 或 12 位，則其效果最佳。若要在顯示器上顯示，影像必須縮小到每個顏色通道 8 位元。
強度(Intensity)
強度是表示改變 LUT 轉換的強度。
全局亮度權重係數(Global Brightness Factor)
全局亮度權重係數決定了影像中要使用多少全局亮度來調整 pow-factor-table，以及使用多少像素的局部亮度。
如何加強顯示陰影暗區
下圖是一個高動態場景，具有非常暗和非常亮的區域：右上角的晶體曝光過度，而中間孔洞的黑暗區域沒有顯示任何細節。
影片格式(Video Format)
應使用 RGB64 影片格式。它為每個色通道提供 10 或 12 位的色深，即每通道可以表示 1024 或 4096 種不同的顏色。37U 相機系列提供 10 位色深，其他相機系列提供 12 位色深。額外的 2 位色深用於表示更暗的亮度範圍，可以讓畫面中的暗部細節更加清晰。
直方圖(Histogram)
直方圖是一種用於顯示圖像亮度分布的工具。在直方圖中，橫軸代表亮度值，縱軸代表像素數量。從直方圖可以看出，圖像中沒有暗像素（由黃色區域表示），但存在許多過曝像素（位於直方圖的右側）。過曝像素會導致畫面中的亮部細節丢失，因此需要儘量減少過曝像素的數量。
調整曝光時間(Adjust Exposure Time)
增益和白平衡現在已停用。 亮度設為 0 是為了降低黑電平並將直方圖向左移動。
曝光時間設定為直方圖右側沒有顯示過度曝光值的值。
目前曝光時間為1/69秒，亮度接近255的像素僅有少數。
色調映射(Tone Mapping)
現在，色調映射用於使暗區域變亮，同時保持較亮區域的亮度。
首先調整“強度(Intensity)”屬性。
強度值(Intensity)不適合太高，以免遺失亮區的像素資訊。
現在，黑洞中的晶體變得可見。然後，調整全局亮度係數，使直方圖稍微展開。
伽瑪
伽瑪是一種用於調整影像亮度的非線性函數。它可以使影像整體變亮，並增加暗部區域的細節。
清晰度
清晰度是一種用於調整影像邊緣銳度的工具，它可以使影像中的細節更加清晰。
如：可以看到黑洞中的更多細節。
飽和度
飽和度是一種用於調整影像色彩鮮豔度的工具，它可以使影像中的色彩更加飽滿。
僅調整曝光時間去觀察黑洞
為了僅顯示黑洞中的細節，可以將曝光時間作為唯一要設定的屬性。
下圖顯示了僅使用曝光時間拍攝的黑洞影像：
總結
將光源直接照射在黑洞中，可以使黑洞脫離陰影區，使細節更加清晰。
當所有自動裝置均已關閉，這時如果光線情況發生變化，影像將變得曝光過度或曝光不足，必須重新進行調整。 這是因為工業相機是以恆定光照為條件而設計的。
為了克服這種情況，必須使用一種軟體，該軟體接收不同曝光時間的影像，因此接收不同的亮度值，並重新將它們組合起來。 該過程稱為 HDR，可以使用 OpenCV 等來實現。請參考連結： https://docs.opencv.org/4.x/d2/df0/tutorial_py_hdr.html
高動態範圍(HDR)
此範例在同一場景以不同的曝光時間拍攝了四次。然後，使用 OpenCV 中的 HDR 算法(6.9)將這些圖像組合在一起，生成最終影像。
處理後的單張影像的曝光時間為
exposure_times = np.array([0.1111, 0.0588, 0.029, 0.014], dtype=np.float32)
此影像顯示，為了獲得最佳結果，需要多個來源影像。
根據曝光自動返回的曝光時間以智慧方式計算曝光時間，使該光源獨立。 這個過程需要一些時間，因此次方法僅適用於靜止場景和單張照片。
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