曝光/快门

什么是曝光

在摄影上，曝光（Exposure）是指摄影的过程中允许进入镜头照在感光媒体（胶片相机的底片或是相机（数码相机、单反相机、工业相机）的图像传感器）上的光量。“曝光”可以经由光圈，快门和感光媒体的感光度的组合来控制。

利用快门来控制曝光的示范

机器视觉中的曝光

在机器视觉，曝光是一个非常重要的概念。很多时候，我们会将曝光与相机的快门混淆。不仅是普通的工程人员，就算是相机厂商也会把这两个概述混为一谈。其实这两个概念是不一样的。曝光，按照上面的定义，是指拍摄过程中允许进入镜头照在感觉媒体上的光量。这其中就有好几个环节是可以控制曝光量的。如镜头的光圈，图像传感器的快门时间，传感器的感光度（增益或ISO），还在后期的图像处理与软件中的增强，还有机器视觉领域中比较重要的打光（民用专业拍照时，有时也需要补光）等，都是可以决定最后输出的图像的亮度的。而快门，仅仅只是指相机接受光通量的控制开关，其没有大小，只有时间长短。而有些厂家在相机资料中也会介绍有如全局曝光、卷帘曝光等概述，其实这都应该是指全局快门、卷帘快门。但是其确实实实在在的决定了相机的通光量，所以很多人也就认为他们是一回事了。

机器视觉中，控制好曝光，是一个系统稳定精确高效的必要条件。如果曝光仅由光源亮度（打光）、镜头光圈、相机快门、相机感光度（增益）决定，那么组合好这四个条件，对于系统的稳定精确高效是非常有益的。光源的亮暗可以在第一关起到非常大的影响，如果光源很亮，那么即使镜头光圈很小，快门很小，也可以获得比较亮的图像，例如线阵相机其曝光时间非常短，而镜头的光圈通常也是有限的，因此通常使用高亮的线光源进行打光，以提供充分的光源亮度；镜头的光圈，可以在第二关控制光通量，大光圈能够带来多的光通量，但是大光圈会牺牲景深与一些精度。所以，一般的镜头在实际使用中，光圈只开在中间位置；接下来是相机的快门，快门时间越长，进光量越大，图像越亮，但是过长的快门时间，对于运动目标的拍摄影响非常大，快门过长，会引起运动目标的拖影。对于测试测量，精度将会下降，而且过长的曝光时间，还会影响相机的连续采集速度。如果需要进行动态拍摄，那么通常需要将快门时间设置的足够短，如几十微秒之类的；增益，又可以称为感光度，或ISO，一般如果其它条件都很好时，我们会将增益值设置成最小的，这样可以得到噪声最小画质最好的图像。而当其它条件有已经达到极限时，可以考虑加大增益，但是也需要考虑其带来的噪声是否可以接受。例如民用相机中的ISO为50时的图像非常细腻，而ISO为6400以后，可能就会引入很多的噪声杂点了。

ISO不同时图像成像质量对比