Monochrome vs. Farbkameramodule: Warum sind monochrome Kameramodule besser für Embedded Vision?

Eines der wichtigsten Kriterien, die wir bei der Auswahl einer Embedded-Vision-Kamera verwenden, ist der Chroma-Typ. Es gibt zwei gängige Arten von Chroma-Kameras: Schwarzweißkameras und Farbkameras. Wir verwenden häufig Farbkameras, um farbenfrohe Bilder in unserem täglichen Leben aufzunehmen. Das bedeutet jedoch nicht zwangsläufig, dass Farbkameras Schwarz-Weiß-Kameras überlegen sind.

Monochromkameras sind auf die Aufnahme von Graustufenbildern spezialisiert, während Farbkameras Vollfarbbilder aufnehmen. Für individuelle Embedded-Vision-Anwendungen,Schwarz-Weiß-Monochromkamerassind eine praktischere und effektivere Lösung, da sie in der Lage sind, detailliertere Bilder in Umgebungen mit schlechten Lichtverhältnissen aufzunehmen. Werfen wir einen genaueren Blick auf Farb- und Monochromkameras, um die Unterschiede zu sehen und warum es besser ist, Monochromkameras als Farbkameras für Embedded Vision zu verwenden.

Was ist ein Farbkameramodul? Wie funktioniert das?

Ein Farbkameramodul ist eine Kamera, die ein Vollfarbbild aufnimmt und generiert. Er verwendet Pixelpunkte auf dem Sensor, um Licht einer bestimmten Wellenlänge einzufangen, und wandelt die Lichtinformationen mithilfe eines Farbfilter-Arrays (CFA) in Farbinformationen um. Farbkameras nehmen schneller auf als Schwarzweißkameras. Bei schlechten Lichtverhältnissen können bei Farbkameramodulen Probleme wie mangelnde Klarheit und Details auftreten. Dies liegt daran, dass das Farbfilter-Array die Lichtmenge reduziert, die den Sensor erreicht.

Farbkameramodule verwenden in der Regel einen CFA mit abwechselnden Rot-, Grün- und Blaufiltern im Bayer-Modus. Der Bayer-Modus erfasst nur 1/3 des einfallenden Lichts pro Pixel, und der Rest der Farben, die nicht mit dem Modus übereinstimmen, wird automatisch gefiltert. Außerdem erfordert dieser Modus die Rekonstruktion eines vollständigen panchromatischen Bildes mittels eines De-Mosaik-Algorithmus, der die Empfindlichkeitspunkte kombiniert, um ein panchromatisches Pixel zu erzeugen, d.h. an jedem Empfindlichkeitspunkt wird nur eine Farbe gemessen, und der Rest wird durch Inferenz abgeleitet.

Farbkameras sind in der Regel billiger als Schwarzweißkameras und werden häufiger in der Fotografie, bei Smartphones und bei Anwendungen eingesetzt, die Farberkennung und Farbinformationen für den Massenverbrauchermarkt erfordern.

Was ist ein monochromes Kameramodul?

Zuvor hatten wir einige Informationen überSchwarz-Weiß-Kameras. Im Gegensatz zu Farbkameras, die sich auf die Aufnahme von Graustufenbildern spezialisiert haben, können monochrome Kameras das gesamte einfallende Licht erfassen, da CFA nicht verwendet wird. Sowohl Rot, Grün als auch Blau werden absorbiert. Daher ist die Lichtmenge dreimal so groß wie die einer Farbkamera, während keine De-Mosaik-Algorithmen zur Verfeinerung des Bildes erforderlich sind. Daher haben monochrome Kameras bei schlechten Lichtverhältnissen eine bessere Leistung als Farbkameras.

Unterschiede zwischen Farb- und Monochromkameras

Farbkameras und Monochromkameras sind zwei verschiedene Arten der Bildaufnahme. Im Folgenden vergleichen wir die Unterschiede zwischen den beiden in Bezug auf Bildqualität, Lichtempfindlichkeit und Auflösung:

Bildqualität:Aufgrund des Fehlens von Farbfilter-Arrays sind monochrome Kameras in der Lage, schärfere, detailliertere Bilder aufzunehmen als Farbkameras, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen. Umgekehrt sind Farbkameras in der Lage, Vollfarbbilder aufzunehmen, was für Anwendungen, die Farbinformationen erfordern, wichtig ist.

Lichtempfindlichkeit:Da es kein Farbfilter-Array gibt, sind Monochromkameras lichtempfindlicher und empfangen mehr Licht als Farbkameras. Infolgedessen haben die besten monochromen Kameramodule eine bessere Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen als Farbkameras.

Auflösung:Monochrome Kameras haben eine höhere Auflösung als Farbkameras. Dies liegt an der Tatsache, dass jedes Pixel einer monochromen Kamera das gesamte ankommende Licht einfängt.

Warum sind Monochromkameras im Embedded Vision besser als Farbkameras?

Embedded-Vision-Anwendungen erfordern genauere Bilddetails und schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Warum sind Monochromkameras also besser für Embedded Vision? Folgende Vorteile können wir zusammenfassen:

1. Monochromkameras schneiden bei schlechten Lichtverhältnissen besser ab
2. Monochrome Kameraalgorithmen werden sorgfältig optimiert
3. Monochrome Sensoren haben von Natur aus höhere Bildraten

Lassen Sie uns dies im Folgenden näher erläutern.

Bessere Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen

Der Hauptunterschied zwischen Farb- und Monochromkameras besteht darin, dass Monochromkameras kein Farbfilter-Array (CFA) haben. Durch das Entfernen der Farbfilter machen Sie eine monochrome Kamera lichtempfindlicher und erhalten mehr Licht.
Darüber hinaus sind Farbkameras in der Regel mit Infrarot-Sperrfiltern ausgestattet, um eine Vielzahl von Problemen mit chromatischer Aberration zu vermeiden, die durch die Reaktion der drei Primärfarben mit nahinfraroten Wellenlängen des Lichts verursacht werden.
Da Monochromkameras nicht sowohl über CFA- als auch über IR-Sperrfilter verfügen, kann der Sensor einen breiteren Spektralbereich erfassen und mehr Licht aufnehmen. Das bedeutet, dass monochrome Kameras bei schlechten Lichtverhältnissen eine extrem gute Leistung erbringen können.

Schnellere Algorithmen

Farbkameras eignen sich aufgrund ihrer komplexen Bilderstellungsalgorithmen nicht für Embedded-Vision-Anwendungen, die auf Edge-KI basieren.
Im Gegenteil, viele der Algorithmen von Monochromkameras können verwendet werden, um Objekte zu erkennen, Objekte vorherzusagen und andere Anwendungen mithilfe von Bildverarbeitungsmodellen.

Höhere Bildrate

Monochrome Kamerasensorpixel sind kleiner als Farbkameras. Bei Farbkameras ist die Datenmenge, die für die Verarbeitung desselben Bildes benötigt wird, höher und die Verarbeitungszeit länger als bei monochromen Digitalkameras, was zu langsameren Bildraten führt. Im Gegenteil, monochrome Kameras haben eine schnellere Verarbeitung und eine höhere Bildrate.

Hier können wir den Schluss ziehen, dass bei der Verarbeitung der gleichen Bilddaten in einzelnen Embedded-Vision-Anwendungen die Verarbeitungsgeschwindigkeit, die Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen und die Bildrate von Monochromkameras höher und besser sind als bei Farbkameras, und daher ist es besser, Monochromkameras als Farbkameras in einzelnen Embedded-Vision-Anwendungen zu verwenden.

Anwendungen für monochrome Kameramodule

Schauen wir uns einige Embedded-Vision-Anwendungen an, die keine speziellen Farbinformationen benötigen, und sehen wir uns an, wie eine monochrome Kamera einen Unterschied machen kann.

Automatische Nummernschilderkennung (ANPR)

In intelligenten Verkehrssystemen müssen wir Verstöße oft durch die Erfassung von Nummernschildern identifizieren. Das erste, was wir klarstellen können, ist, dass wir keine Farbinformationen benötigen, sondern nur das Bild schnell erfassen und dann analysieren müssen, um die Fahrzeuginformationen durch OCR (Optical Character Recognition) zu lesen. Ob Tag oder Nacht. Daher sind monochrome Digitalkameras mit hoher Empfindlichkeit und starker Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen in der Lage, diese Anwendung gut zu erfüllen. In einzelnen Bereichen, in denen eine Farbplattenerkennung erforderlich ist, müssen jedoch weiterhin Farbkameras verwendet werden.

QInspektion der Gültigkeit

In industriellen Automatisierungsanwendungen, bei denen Kameras verwendet werden, um zu erkennen, ob ein Objekt beschädigt ist oder nicht, können monochrome Kameras verwendet werden. Dies wird häufig in Fabriken verwendet, um sicherzustellen, dass die Qualität des Produkts zufriedenstellend ist.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl Monochrom- als auch Farbkameras ihre eigenen Vorteile und Grenzen haben. Mehr Anwendungen und unsere Bedürfnisse sind unterschiedlich, ich muss die tatsächliche Situation kombinieren, um eine Wahl zu treffen. Die Leistung der Monochrom-Kamera bei schlechten Lichtverhältnissen ist stark und in der Lage, klare, detaillierte Bilder in Umgebungen mit schlechten Lichtverhältnissen aufzunehmen, aber die Kosten sind höher, da keine Farbbilder aufgenommen werden können. Farbkameras sind in der Lage, Vollfarbbilder aufzunehmen, haben jedoch eine geringe Lichtempfindlichkeit und können bei schlechten Lichtverhältnissen unscharfe, undetaillierte Bilder erzeugen.

Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen ein erstes Verständnis für die Unterschiede zwischen Monochrom- und Farbkameras und eine Vorstellung davon vermittelt hat, für welche Arten von Anwendungen Monochromkameras geeignet sind. Bei Anwendungen, bei denen es nicht auf die Farbausgabe ankommt, sondern auf Empfindlichkeit und Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen, sollte beispielsweise eine Monochrom-Kamera verwendet werden.

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