


高清電子工業內窺鏡成像清晰的兩大要素
高清電子工業內窺鏡是工業可視化檢測的得力助手,具有畫面清晰、便于數字化管理的特點,擅長探查工業設施內表面不連續缺陷,例如:裂紋等。但市面上有的內窺鏡,卻存在“畫面不清晰、有噪點、失真”等問題,這是怎麽回事呢?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方面,涉及:傳感器和圖像處理功能等,下面分別說明。
1. 傳感器是決定清晰度的核心要素。所述傳感器是指電子工業內窺鏡視頻探頭前端的攝像頭,主要有CCD和CMOS之分。它們在結構複雜度、感光面積、放大器應用方式等方面的差異,使得它們在內窺檢測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像素不僅結構複雜,而且感光區域遠小于像素點本身的表面積,因此在相同面陣下,應用于電子內窺鏡的CMOS傳感器,其像素值和靈敏度往往都低于CCD,在內窺探查過程中就會表現爲場景細節以及細微缺陷的呈現能力是不同的,例如CMOS對于細小裂紋等缺陷的輪廓還原度不夠真實。
其次,由于CMOS傳感器大量使用放大器(每個像素點都有),而屬于模擬電路的放大器其輸出結果很難保持一致,相比較,CCD傳感器只有一個放大器,因此CMOS的噪聲大于CCD,應用于工業內窺鏡檢測上,就會表現爲對圖像品質的影響。
当然CMOS在低成本、低功耗方面比起CCD占有优势,因此目前市场上使用这两种传感器的電子工業內窺鏡都有,在成像清晰度以及价格等方面各有千秋。这与数码相机市场比较类似,主流数码相机厂商(索尼、佳能、奥林巴斯等)的专业级产品多采用CCD,而面向家庭或个人的中低端市场基本都采用CMOS,这样能够更好地满足不同层面的需求。
2. 圖像處理功能爲清晰度錦上添花。高清電子工業內窺鏡不管是采用CCD还是CMOS,毕竟是一次从现实场景到数字视频的转换过程,如何才能实现近乎真实的高还原度,除了硬件传感器自身性能外,软件的图像处理功能也有明显的辅助作用。因此比较高端的高清电子內窺鏡往往都可以配置功能丰富的图像处理工具包,从而在面对复杂的内窥检测场景时:明暗不一的腔体、转动的叶片、容易反光的光滑金属材质......都能呈现一贯的清晰画质。
例如:韦林電子工業內窺鏡 Mentor Visual iQ 不仅有120万CCD像素的高清分辨率,还有基于软件的图像工具包,包括:自动调整內窺鏡摄像头增益和曝光的亮度控制、使光照不足区域内动态图像更清晰的长曝光、降低图像噪点的自适应降噪、有针对性地提升暗部区域亮度的暗部增强、修正广角光学物镜转接头成像边缘弯曲的失真校正、类似相机底片效果的负片、以及高动态范围调节等。下面举一个具体的例子。
自适应降噪(ANR, Adaptive Noise Reduction)是一种信号处理算法,可以将多达128帧图像进行均衡处理,以降低可见的图像噪点。Mentor Visual iQ 在图像定格和捕获的过程中,都可以自动使用自适应降噪功能,对于动态图像也没有问题,只要保持摄像头相对静止就可以发挥ANR的作用。该功能主要应用于大腔体检测,比如:大型渦輪燃燒室和壓力容器等,因为环境较暗会导致噪点较重,ANR可以减少噪点,避免对内窥检测带来干扰。以下左图是没有启用ANR的检测画面,右图是启用后的。
综上,虽然市面上有高清電子工業內窺鏡、高清內窺鏡、百万高清之类的多种叫法,但是成像清晰度是客观存在的,它取决于实实在在的硬件传感器性能和软件功能,对于购买者来说,深入了解这些也许并不现实,特别是对硬件,但是可以通过实际检测应用中的体会切实感受到,是不是自己想要的高清品质。
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