モノクロカメラモジュールとカラーカメラモジュールの比較:エンベデッドビジョンでモノクロカメラモジュールが優れている理由

2024年9月4日

エンベデッドビジョンカメラを選択する際に使用する重要な基準の1つは、クロマタイプです。クロマカメラには、白黒カメラとカラーカメラという2つの一般的なタイプがあります。私たちは一般的に、日常生活でカラフルな画像を記録するためにカラーカメラを使用しています。ただし、これは必ずしもカラーカメラが白黒カメラよりも優れていることを意味するものではありません。

モノクロカメラはグレースケール画像のキャプチャに特化しており、カラーカメラはフルカラー画像のキャプチャに特化しています。個々の組み込みビジョンアプリケーションの場合、白黒モノクロカメラは、暗い環境でより詳細な画像をキャプチャできるため、より実用的で効果的なソリューションです。カラーカメラとモノクロカメラを詳しく見て、その違いと、エンベデッドビジョンにカラーカメラよりもモノクロカメラを使用する方が良い理由を見てみましょう。

カラーカメラモジュールとは?それはどのように機能しますか?

カラーカメラモジュールは、フルカラー画像をキャプチャして生成するカメラです。センサー上のピクセルポイントを使用して特定の波長の光をキャプチャし、カラーフィルターアレイ(CFA)を使用して光情報を色情報に変換します。カラーカメラはモノクロカメラよりも速く撮影します。暗い場所では、カラーカメラモジュールに明瞭さやディテールの欠如などの問題が発生する可能性があります。これは、カラーフィルターアレイがセンサーに到達する光の量を減らすためです。

digital camera color

カラーカメラモジュールは通常、ベイヤーモードで赤、緑、青のフィルターを交互に組み合わせたCFAを使用します。ベイヤーモードは、ピクセルあたり入射光の1/3のみをキャプチャし、モードと一致しない残りの色は自動的にフィルタリングされます。また、このモードでは、感度の点を組み合わせてパンクロマティックピクセルを生成するデモザイクアルゴリズム、すなわち、感度の任意の点で1つの色のみが測定され、残りは推論によって導出されるデモザイクアルゴリズムによって完全なパンクロマティック画像を再構築する必要があります。

カラーカメラは通常、モノクロカメラよりも安価で、写真、スマートフォン、および大衆消費者市場向けの色認識と色情報を必要とするアプリケーションでより一般的に使用されています。

モノクロカメラモジュールとは?

以前に、いくつかの情報がありました白黒カメラ.グレースケール画像のキャプチャに特化したカラーカメラとは異なり、モノクロカメラはCFAを使用しないため、すべての入射光をキャプチャできます。赤、緑、青の両方が吸収されます。したがって、光の量はカラーカメラの3倍であり、画像を精緻化するためにデモザイクアルゴリズムは必要ありません。したがって、モノクロカメラは、暗い場所ではカラーカメラよりも優れたパフォーマンスを発揮します。

カラーカメラとモノクロカメラの違い

カラーカメラとモノクロカメラは、画像をキャプチャする2つの異なる方法です。以下では、画質、光感度、解像度の点で2つの違いを比較します。

画質:カラーフィルターアレイがないため、モノクロカメラは、特に暗い場所で、カラーカメラよりも鮮明で詳細な画像をキャプチャできます。逆に、カラーカメラはフルカラー画像をキャプチャできるため、カラー情報を必要とするアプリケーションにとって重要です。

光感度:カラーフィルターアレイがないため、モノクロカメラはカラーカメラよりも光に対して敏感で、より多くの光を受け取ります。その結果、最高のモノクロカメラモジュールは、カラーカメラよりも低照度性能が優れています。

解決：モノクロカメラは、カラーカメラよりも解像度が高くなります。これは、モノクロカメラの各ピクセルが到着するすべての光をキャプチャするという事実によるものです。

エンベデッドビジョンにおいて、モノクロカメラがカラーカメラよりも優れているのはなぜですか?

エンベデッドビジョンアプリケーションには、より正確な画像の詳細とより速い処理速度が必要です。では、なぜモノクロカメラはエンベデッドビジョンに適しているのでしょうか?次の利点をまとめることができます。

モノクロカメラは、暗い場所でのパフォーマンスが向上します
モノクロカメラのアルゴリズムは慎重に最適化されています
モノクロセンサーは本質的にフレームレートが高くなります

以下で詳しく説明しましょう。

Image comparison between monochrome camera and color camera

低照度性能の向上

カラーカメラとモノクロカメラの主な違いは、モノクロカメラにはカラーフィルターアレイ(CFA)がないことです。カラーフィルターを取り外すことで、モノクロカメラの光に対する感度が向上し、より多くの光を受け取ることができます。
さらに、カラーカメラには通常、3原色が近赤外線波長の光と反応することによって引き起こされるさまざまな色収差の問題を防ぐために、赤外線カットオフフィルターが装備されています。
モノクロカメラにはCFAカットオフフィルターとIRカットオフフィルターの両方がないため、センサーはより広いスペクトル範囲を検出し、より多くの光を受け入れることができます。これは、モノクロカメラが暗い場所でも非常に優れたパフォーマンスを発揮することができることを意味します。

より高速なアルゴリズム

カラーカメラは、複雑な画像構築アルゴリズムのため、エッジAIに基づく組み込みビジョンアプリケーションには適していません。
それどころか、モノクロカメラのアルゴリズムの多くは、ビジョンモデルを使用して物体を検出したり、物体を予測したり、その他のアプリケーションを使用するために使用できます。

より高いフレームレート

モノクロカメラセンサーのピクセルは、カラーカメラよりも小さくなります。カラーカメラでは、モノクロデジタルカメラに比べて、同じ画像を処理するデータ量が多く、処理時間が長いため、フレームレートが遅くなります。それどころか、モノクロカメラは処理が速く、フレームレートが高くなります。

ここでは、個々のエンベデッドビジョンアプリケーションで同じ画像データを処理する場合、モノクロカメラの処理速度、低照度性能、およびフレームレートはカラーカメラよりも高く、優れているため、個々のエンベデッドビジョンアプリケーションでカラーカメラよりもモノクロカメラを使用する方が優れていると結論付けることができます。

モノクロカメラモジュールのアプリケーション

ここでは、色情報を特に必要としないエンベデッドビジョンアプリケーションをいくつか紹介し、モノクロカメラがどのように違いを生むかを見てみましょう。

自動ナンバープレート認識(ANPR)

高度道路交通システムでは、ナンバープレートをキャプチャして違反を特定する必要があることがよくあります。最初に明確にすることができるのは、色情報は必要なく、画像をすばやくキャプチャし、それを分析してOCR(光学式文字認識)を介して車両情報を読み取る必要があるということです。昼でも夜でも。したがって、高感度で強力な低照度性能を備えたモノクロデジタルカメラは、このアプリケーションをうまく完了することができます。ただし、カラープレートの認識が必要な個々の領域では、引き続きカラーカメラを使用する必要があります。

Qualityの点検

カメラを使用して物体が損傷しているかどうかを検出する産業オートメーションアプリケーションでは、モノクロカメラを使用できます。これは、製品の品質が満足のいくものであることを保証するために、工場で広く使用されています。

結論

結論として、モノクロカメラとカラーカメラの両方には、それぞれの利点と制限があります。より多くのアプリケーションと私たちのニーズは異なります、私は選択をするために実際の状況を組み合わせる必要があります。モノクロカメラの低照度性能は強力で、暗い環境でも鮮明で詳細な画像をキャプチャできますが、コストが高く、カラー画像をキャプチャできません。カラーカメラはフルカラー画像をキャプチャできますが、光感度が低く、暗い場所では不鮮明で詳細でない画像が生成される場合があります。

この記事が、モノクロカメラとカラーカメラの違いについての最初の理解と、モノクロカメラが適切なアプリケーションの種類についてのアイデアを提供したことを願っています。たとえば、カラー出力が問題ではなく、感度と低照度性能が問題となるアプリケーションでは、モノクロカメラを使用する必要があります。

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