工業相機的幀率

幀率是工業相機擷取並傳輸獨立影像的頻率，以每秒幀數（FPS）表示。當您指定工業相機的幀率時，實際上是在定義一條生產線的速度上限。如果輸送帶每秒有 50 個零件經過鏡頭前方，系統便必須在同一時間範圍內可靠地擷取、傳輸並處理至少 50 張畫面，且不得遺失資料。要追求更高的吞吐量，工程師必須在感測器解析度與介面頻寬、曝光時間等硬性物理限制之間取得平衡。

相機速度的物理原理

幀率並不只是您在軟體滑桿中輸入的目標值，而是受三個連續流程支配的物理約束：曝光、感測器讀出與資料傳輸。

產生單張畫面所需的總時間，主要由曝光時間（影像感測器接受光照的時長）與讀出時間（CMOS 感測器將累積電荷轉換為數位訊號所需的時間）共同決定。如果某項檢測任務光線不足，需要 20 毫秒的曝光才能達到可接受的訊雜比，那麼理論最大幀率就無法超過 50 FPS--無論感測器架構或纜線有多快。

介面頻寬的瓶頸

一旦影像資料離開感測器，就必須傳輸至主機 PC 或嵌入式視覺板。在高解析度的應用中，硬體介面幾乎總是首要瓶頸。

一顆 2,000 萬畫素的感測器每張畫面所產生的資料量極為龐大。如果介面無法以足夠的速度將資料傳輸至纜線另一端，相機就必須降低自身的擷取速率，以避免內部緩衝區溢位。

如何在不更換硬體的情況下提升幀率

如果您目前的相機已碰到頻寬上限，但生產線必須運行得更快，您主要有兩種以軟體為主、不需要升級硬體即可提升 FPS 的方式：

1. 興趣區域（ROI）

與其讀取整顆感測器，您可以將相機設定為僅讀取特定的像素區段。例如要追蹤畫面中央的一組小條碼時，把 500 萬畫素的感測器裁切到 1000×1000 像素的 ROI，可大幅減少資料量。介面傳輸較小畫面的速度快很多，相機幀率也能因此大幅提升。

2. Binning / Decimation（合併 / 抽樣）

如果您需要保留完整的光學視野，又希望取得更高速度，可以採用 binning（合併鄰近像素）或 decimation（跳過部分像素）的方式。兩者都會降低傳輸畫面的整體解析度，從而減少頻寬需求並提升幀率，但會直接犧牲空間解析度。

幀率 vs. 曝光時間：取捨是什麼？

要提高幀率，您往往必須縮短曝光時間，這是無法迴避的物理取捨。

較短的曝光代表抵達光電二極體的光子更少。如果您將幀率由 60 FPS 提升到 120 FPS，實際上就把最大可用曝光時間減半，亮度也隨之下降，每張畫面所收集的光子總量減少，訊雜比也會變差。要在高幀率下維持清晰、對比明確的畫面，您必須以高強度的工業照明充分照亮檢測區域，或改用同步觸發的閃光燈。