Monochrome vs. Farbkameras: Warum sind Monochrome Kameras besser in der Embedded Vision?

Eines der wichtigsten Kriterien, die wir bei der Auswahl einer eingebetteten Vision-Kamera berücksichtigen, ist der Chroma-Typ. Es gibt zwei gängige Arten von Chroma-Kameras: Schwarz-Weiß-Kameras und Farbkameras. In unserem täglichen Leben verwenden wir Farbkameras häufig, um farbige Bilder aufzunehmen. Dies bedeutet jedoch nicht notwendigerweise, dass Farbkameras besser sind als Schwarz-Weiß-Kameras.

Schwarz-Weiß-Kameras spezialisieren sich auf die Erfassung von Graustufenbildern, während Farbkameras vollfarbige Bilder aufnehmen. Für bestimmte eingebettete Vision-Anwendungen sind schwarz-Weiß-Monochromkameras eine praktischere und effektivere Lösung, da sie detailliertere Bilder in schlecht beleuchteten Umgebungen erfassen können. Lassen Sie uns genauer auf Farb- und Monochromkameras eingehen, um die Unterschiede zu sehen und warum Monochromkameras für eingebettete Vision besser geeignet sind als Farbkameras.

Was ist ein Farbkameramodul? Wie funktioniert es?

Ein Farbkameramodul ist eine Kamera, die ein Vollfarbbild aufnimmt und generiert. Sie verwendet Pixelpunkte auf dem Sensor, um Licht einer bestimmten Wellenlänge aufzunehmen und die Lichtinformationen mithilfe eines Farbfilterarrays (CFA) in Farbinformationen umzuwandeln. Farbkameras schießen schneller als Schwarz-Weiß-Kameras. In schlecht beleuchteten Bedingungen können Farbkameramodule Probleme wie Mangel an Klarheit und Detailauflösung haben. Dies liegt daran, dass das Farbfilterarray die Menge an Licht verringert, die auf den Sensor trifft.

Farbkameramodule verwenden typischerweise ein CFA mit wechselnden roten, grünen und blauen Filtern im Bayer-Muster. Das Bayer-Muster erfasst nur ein Drittel des einfallenden Lichts pro Pixel, und der Rest der Farben, die nicht zum Muster passen, wird automatisch gefiltert. Außerdem erfordert dieses Muster die Rekonstruktion eines vollständigen pancchromatischen Bildes mittels eines De-Mosaicing-Algorithmus, der die Empfindlichkeitspunkte kombiniert, um ein pancchromatisches Pixel zu erstellen, d.h., an jedem Empfindlichkeitspunkt wird nur eine Farbe gemessen, und die anderen werden durch Schlussfolgerung abgeleitet.

Farbkameras sind im Allgemeinen günstiger als Schwarz-Weiß-Kameras und werden häufiger in der Fotografie, in Smartphones und in Anwendungen eingesetzt, die Farberkennung und Farbinformation für den Massenkonsummarkt benötigen.

Was ist ein Schwarz-Weiß-Kameramodul?

Früher hatten wir einige Informationen über schwarz-Weiß-Kameras im Gegensatz zu Farbkameras, die sich auf die Aufnahme von Graustufenbildern spezialisieren, können monochrome Kameras alles einfallende Licht aufnehmen, da kein CFA (Color Filter Array) verwendet wird. Rot, Grün und Blau werden gleichermaßen aufgenommen. Daher beträgt die Menge an Licht dreimal so viel wie bei einer Farbkamera, während keine De-Mosaicing-Algorithmen benötigt werden, um das Bild zu verfeinern. Daher haben monochrome Kameras eine bessere Leistung als Farbkameras bei schlechten Lichtverhältnissen.

Unterschiede zwischen Farb- und Schwarzweißkameras

Farbkameras und Schwarzweißkameras sind zwei verschiedene Methoden zur Bildaufnahme. Im Folgenden vergleichen wir die Unterschiede beider hinsichtlich Bildqualität, Lichtempfindlichkeit und Auflösung:

Bildqualität: Aufgrund des Fehlens von Farbfilterarrays können Schwarzweißkameras schärfere, detailliertere Bilder als Farbkameras aufnehmen, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen. Umgekehrt können Farbkameras farbige Bilder aufnehmen, was für Anwendungen wichtig ist, die Farbinformationen benötigen.

Lichtempfindlichkeit: Da es kein Farbfilterarray gibt, sind Einheitskameras empfindlicher für Licht und erhalten mehr Licht als Farbkameras. Daher haben die besten Einheitskamera-Module eine bessere Leistung bei schlechtem Licht als Farbkameras.

Auflösung: Einheitskameras haben eine höhere Auflösung als Farbkameras. Dies liegt daran, dass jeder Pixel einer Einheitskamera all das ankommende Licht aufnimmt.

Warum sind Einheitskameras in der eingebetteten Bildverarbeitung besser als Farbkameras?

Anwendungen der eingebetteten Bildverarbeitung erfordern genauere Bildetails und schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Warum sind Einheitskameras also in der eingebetteten Bildverarbeitung besser? Wir können die folgenden Vorteile zusammenfassen:

1. Einheitskameras performen besser bei schlechtem Licht
2. Algorithmen für Einheitskameras sind sorgfältig optimiert
3. Einheits-Sensoren haben von Natur aus höhere Bildraten

Lassen Sie uns dies im Folgenden genauer erläutern.

Bessere Leistung bei schlechtem Licht

Der Hauptunterschied zwischen Farb- und Schwarzweißkameras besteht darin, dass Schwarzweißkameras kein Farbfilterarray (CFA) haben. Durch die Entfernung der Farbfilter wird eine Schwarzweißkamera empfindlicher für Licht und nimmt mehr Licht auf.
Darüber hinaus sind Farbkameras normalerweise mit Infrarot-Abschirmfiltern ausgestattet, um eine Vielzahl von Chromatikfehlerproblemen zu verhindern, die durch die Reaktion der drei Grundfarben mit Nah-Infrarotwellenlängen entstehen können.
Da Schwarzweißkameras weder ein CFA noch einen IR-Abschirmfilter haben, kann der Sensor ein breiteres Spektralbereichsband erkennen und mehr Licht aufnehmen. Das bedeutet, dass Schwarzweißkameras in schwach beleuchteten Bedingungen außergewöhnlich gut abschneiden.

Schnellere Algorithmen

Farbkameras eignen sich nicht für eingebettete Vision-Anwendungen basierend auf Edge AI aufgrund ihrer komplexen Bildaufbau-Algorithmen.
Im Gegensatz dazu können viele der Algorithmen von Schwarzweißkameras zur Objekterkennung, Objektvorhersage und anderen Anwendungen unter Verwendung von Vision-Modellen eingesetzt werden.

Höhere Bildrate

Die Pixel von Schwarz-Weiß-Kamerasensoren sind kleiner als bei Farbkameras. Bei Farbkameras ist die Menge an Daten, die zum Verarbeiten des gleichen Bildes benötigt wird, höher und die Verarbeitungszeit länger als bei Schwarz-Weiß-Digitalkameras, was zu langsameren Frameraten führt. Im Gegensatz dazu haben Schwarz-Weiß-Kameras eine schnellere Verarbeitung und höhere Framerate.

Hieraus können wir schließen, dass bei der Verarbeitung der gleichen Bildinformationen in Einzelanwendungen der eingebetteten Vision die Verarbeitungsgeschwindigkeit, die Leistung im schwachen Licht und die Framerate von Schwarz-Weiß-Kameras höher und besser sind als bei Farbkameras und daher Schwarz-Weiß-Kameras in Einzelanwendungen der eingebetteten Vision vorzuziehen sind.

Anwendungen für Schwarz-Weiß-Kameramodule

Schauen wir uns einige Anwendungen der eingebetteten Vision an, die speziell keine Farbinformationen erfordern, und sehen Sie, wie eine Schwarz-Weiß-Kamera einen Unterschied machen kann.

Automatische Kennzeigerkennung (ANPR)

In intelligenten Verkehrssystemen müssen wir oft Verstöße durch das Erfassen von Kennzeichen identifizieren. Das Erste, was wir klarstellen können, ist dass wir keine Farbinformationen benötigen, sondern lediglich das Bild schnell erfassen und dann analysieren müssen, um die Fahrzeuginformationen mittels OCR (Optischer Zeichenerkennung) zu lesen. Egal ob Tag oder Nacht. Daher können monochrome digitale Kameras mit hoher Empfindlichkeit und starker Leistung bei schwachem Licht diese Anwendung gut ausführen. Es gibt jedoch einzelne Bereiche, in denen für die Farberkennung von Kennzeichen weiterhin Farbkameras verwendet werden müssen.

Q qualitätsprüfung

In der industriellen Automatisierung, wenn Kameras verwendet werden, um festzustellen, ob ein Objekt beschädigt ist oder nicht, können Schwarz-Weiß-Kameras eingesetzt werden. Dies wird weitgehend in Fabriken eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Produktqualität zufriedenstellend ist.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend haben sowohl monochrome als auch farbige Kameras ihre eigenen Vorteile und Einschränkungen. Da mehr Anwendungen und unsere Bedürfnisse unterschiedlich sind, muss man die tatsächliche Situation berücksichtigen, um eine Wahl zu treffen. Die Leistung einer monochromen Kamera bei schwachem Licht ist stark; sie kann klare, detaillierte Bilder in schlecht beleuchteten Umgebungen aufnehmen, aber der Preis ist höher und sie kann keine farbigen Bilder erfassen. Farbkameras können vollfarbige Bilder aufnehmen, haben jedoch eine geringe Empfindlichkeit bei schwachem Licht und können möglicherweise unscharfe oder undetaillierte Bilder in schlecht beleuchteten Bedingungen produzieren.

Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen ein erstes Verständnis der Unterschiede zwischen monochromen und farbigen Kameras vermittelt hat und Ihnen eine Vorstellung davon gegeben hat, in welchen Anwendungsbereichen monochrome Kameras angebracht sind. Zum Beispiel sollten in Anwendungen, in denen die farbige Ausgabe nicht von Belang ist, sondern Empfindlichkeit und Leistung bei schwachem Licht, monochrome Kameras eingesetzt werden.

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