在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器視覺(jué)、科研實(shí)驗(yàn)、交通監(jiān)控、航空航天等眾多領(lǐng)域，工業(yè)相機(jī)已經(jīng)成為不可或缺的“電子眼”。它們的任務(wù)就是在各種高速、精密的環(huán)境中“看清楚”“拍清楚”“識(shí)別準(zhǔn)”。

說(shuō)到“看清楚”，兩個(gè)核心參數(shù)必須登場(chǎng)：幀率（Frame Rate）和曝光時(shí)間（Exposure Time）！這兩者之間的關(guān)系就像蹺蹺板——調(diào)高一個(gè)，另一個(gè)往往就得讓步。那么，它們到底是什么？如何影響圖像質(zhì)量？之間到底有什么講究？

一、什么是幀率和曝光時(shí)間？

● 幀率（FPS）

幀率指的是工業(yè)相機(jī)每秒鐘拍攝的圖像幀數(shù)。比如 30fps 就表示相機(jī)每秒能拍下 30 張圖片。幀率越高，畫面就越流暢，特別適合用來(lái)拍高速運(yùn)動(dòng)的物體，比如流水線上的零件檢測(cè)、交通抓拍等。

優(yōu)點(diǎn)： 流暢、實(shí)時(shí)性好缺點(diǎn)： 幀率越高，每幀“分得的時(shí)間”就越少，對(duì)亮度有一定挑戰(zhàn)。

● 曝光時(shí)間（快門時(shí)間）

曝光時(shí)間是指相機(jī)感光器件接收光線的時(shí)間長(zhǎng)度。時(shí)間越長(zhǎng)，進(jìn)光量越多，圖像越明亮；反之，則較暗。

優(yōu)點(diǎn)： 圖像亮、細(xì)節(jié)豐富缺點(diǎn)： 曝光太久，移動(dòng)物體容易糊（運(yùn)動(dòng)模糊），且?guī)蕰?huì)受限。

二、幀率與曝光的關(guān)系：你高我低，彼此拉鋸

幀率和曝光時(shí)間的關(guān)系，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一場(chǎng)“時(shí)間爭(zhēng)奪戰(zhàn)”。

可以參考這樣一個(gè)近似公式：

例如：

如果你想要 50 fps 的幀率，那么曝光時(shí)間就必須小于或等于 20,000 微秒（20ms）；

如果你設(shè)置曝光時(shí)間為 50,000 微秒，那你最多只能跑到 20 fps。

這樣來(lái)看，幀率高意味著“每張圖能曝光的時(shí)間少”，而曝光時(shí)間長(zhǎng)就限制了“每秒能拍幾張圖”。

三、理論 vs 實(shí)際：別被公式騙了！

雖然上面的計(jì)算公式很直觀，但它只是一個(gè)理想化模型。實(shí)際上，相機(jī)的幀率還會(huì)受到很多其他因素影響，比如：

圖像傳輸接口帶寬（USB3.0, GigE, CameraLink等）

圖像尺寸（是全畫幅采集還是裁剪區(qū)域）

數(shù)據(jù)讀出時(shí)間

主控軟件的處理能力

因此，在做項(xiàng)目時(shí)，建議參考相機(jī)的實(shí)際規(guī)格手冊(cè)或通過(guò)軟件實(shí)測(cè)為準(zhǔn)，不要一味盯著理論計(jì)算。

四、實(shí)際案例：來(lái)點(diǎn)簡(jiǎn)單的計(jì)算感受一下

讓我們來(lái)做個(gè)小實(shí)驗(yàn)假設(shè)：

相機(jī)支持最大幀率為 53 fps

使用全畫幅圖像

根據(jù)計(jì)算公式：

如果你設(shè)置曝光為 50,000 微秒，再來(lái)算算：

這說(shuō)明，曝光越長(zhǎng)，幀率就越低。反之亦然。這是一個(gè)硬規(guī)則，基本逃不掉。

五、幀率 vs 曝光，遇到亮度不足怎么辦？

好，現(xiàn)在問(wèn)題來(lái)了：

“我想維持高幀率，可圖像就是太暗了，咋整？”

別急，這時(shí)候你可以從以下幾個(gè)角度來(lái)“挽救光明”：

1. 提高增益（Gain）

適當(dāng)提升相機(jī)增益，可以增加圖像亮度，但小心！增益太高 = 圖像噪聲太多，可能會(huì)導(dǎo)致畫面顆粒感強(qiáng)。所以需要在亮度與噪聲之間找平衡點(diǎn)。

2. 調(diào)整鏡頭光圈

看看你的鏡頭，是否可以調(diào)整光圈？光圈開大一點(diǎn)，相機(jī)的進(jìn)光量自然增多。當(dāng)然，有些鏡頭是定光圈的，那你可以考慮更換同焦距、光圈更大的鏡頭。

3. 加強(qiáng)外部光源

別小看光源！一個(gè)強(qiáng)有力的機(jī)器視覺(jué)光源，甚至比一臺(tái)好相機(jī)還重要?？梢試L試：

增加光源功率；

使用頻閃光源；

采用更適合場(chǎng)景的燈型（如環(huán)形光、條形光、面光源等）；

記住一句話：“光源亮了，一切都亮了”。

六、小結(jié)：找到你的平衡點(diǎn)！

幀率和曝光時(shí)間，是工業(yè)相機(jī)設(shè)置中最重要的一對(duì)參數(shù)。一動(dòng)一靜，互相制衡，決定了你拍到的是“快又糊”，還是“慢又亮”。

如果你更看重實(shí)時(shí)性，優(yōu)先考慮幀率； 如果你更關(guān)注圖像清晰度和亮度，適當(dāng)拉長(zhǎng)曝光；如果你兩者都想要，那就從增益、鏡頭、光源等方面入手優(yōu)化！