Monochrome versus kleurcamera's: Waarom zijn monochrome camera-modules beter in embedded vision?

Een van de belangrijke criteria die we gebruiken bij het kiezen van een ingebouwde visiecamera is het chroma-type. Er zijn twee veelvoorkomende typen chroma-camera's: zwart-witcamera's en kleurcamera's. We gebruiken vaak kleurcamera's om kleurrijke afbeeldingen vast te leggen in ons dagelijks leven. Dit betekent echter niet noodzakelijk dat kleurcamera's superieur zijn aan zwart-witcamera's.

Zwart-witcamera's specialiseren zich in het vangen van grijstonsafbeeldingen, terwijl kleurcamera's volledige kleuren vastleggen. Voor individuele ingebouwde visie-toepassingen, zwarte en witte monochroomcamera's vormen een praktischer en effectiever oplossing omdat ze gedetailleerdere afbeeldingen kunnen vastleggen in slechtverlichte omgevingen. Laten we eens wat dichterbij kijken bij kleur- en monochroomcamera's om de verschillen te zien en waarom monochroomcamera's beter zijn dan kleurcamera's voor ingebouwde visie.

Wat is een kleurcamera-module? Hoe werkt het?

Een kleurcamera-module is een camera die een volledig kleurenbeeld opneemt en genereert. Het gebruikt pixelpunten op de sensor om licht van een specifieke golflengte op te vangen en converteert de lichtinformatie in kleurinformatie met behulp van een kleurfiltermatrix (CFA). Kleurcameras filmen sneller dan zwart-witcameras. In slechtverlichte omstandigheden kunnen kleurcamera-modules problemen hebben zoals gebrek aan helderheid en detail. Dit komt doordat de kleurfiltermatrix het hoeveelheid licht dat de sensor bereikt vermindert.

Kleurencamera-modules gebruiken doorgaans een CFA met wisselende rode, groene en blauwe filters in een Bayer-modus. De Bayer-modus vangt slechts 1/3 van het inkomende licht per pixel op, en de rest van de kleuren die niet overeenkomen met de modus wordt automatisch gefilterd. Bovendien vereist deze modus de reconstructie van een volledige pancromatische afbeelding door middel van een de-mosaicing algoritme dat de sensibiliteitspunten combineert om een pancromatisch pixel te produceren, d.w.z., er wordt slechts één kleur gemeten op elk sensibiliteitspunt, en de rest wordt door inferentie afgeleid.

Kleurencameras zijn doorgaans goedkoper dan monochroomcameras en worden vaker gebruikt in fotografie, smartphones en toepassingen die kleurherkenning en kleurinformatie vereisen voor de massaconsumentenmarkt.

Wat is een monochroom camera-module?

Eerder hadden we wat informatie over zwart-wit cameras .In tegenstelling tot kleurcamera's, die zich specialiseren in het opnemen van grijswaardenafbeeldingen, kunnen monochroomcamera's al het incidentele licht opvangen omdat er geen CFA wordt gebruikt. Rood, groen en blauw worden allemaal opgenomen. Daardoor is de hoeveelheid licht driemaal zo groot als bij een kleurcamera, terwijl er geen de-mosaïceringsalgoritmes nodig zijn om de afbeelding te verfijnen. Monochroomcamera's hebben dus betere prestaties dan kleurcamera's in slechtverlichte omstandigheden.

Verschillen tussen kleur- en monochroomcamera's

Kleurcamera's en monochroomcamera's zijn twee verschillende manieren om afbeeldingen vast te leggen. Hieronder vergelijken we de verschillen tussen beide op het gebied van beeldkwaliteit, lichtgevoeligheid en resolutie:

Beeldkwaliteit: Vanwege het ontbreken van kleurfilterarrays kunnen monochroomcamera's scherpere, gedetailleerdere afbeeldingen opnemen dan kleurcamera's, vooral in slechtverlichte omstandigheden. Aan de andere kant kunnen kleurcamera's volledige kleurafbeeldingen vastleggen, wat belangrijk is voor toepassingen waarbij kleurinformatie nodig is.

Lichtgevoeligheid: Omdat er geen kleurfiltersarray aanwezig is, zijn monochroomcamera's gevoeliger voor licht en ontvangen ze meer licht dan kleurcamera's. Het gevolg hiervan is dat de beste monochroomcamera-modules een betere prestatie leveren in schemerlicht dan kleurcamera's.

Resolutie: Monochroomcamera's hebben een hogere resolutie dan kleurcamera's. Dit komt doordat elke pixel van een monochroomcamera al het binnenkomende licht vastlegt.

Waarom zijn monochroomcamera's beter dan kleurcamera's in embedded vision?

Embedded vision-toepassingen vereisen nauwkeurigere beeldetails en snellere verwerkingsnelheden. Waarom zijn monochroomcamera's dus beter in embedded vision? We kunnen de volgende voordelen samenvatten:

1. Monochroomcamera's presteren beter in slechtverlichte omstandigheden
2. Algoritmes voor monochroomcamera's zijn zorgvuldig geoptimaliseerd
3. Monochroomsensores hebben intrinsiek hogere framesnelheden

Laten we hieronder nader op ingaan.

Betere prestaties in schemerlicht

Het belangrijkste verschil tussen kleuren- en zwart-witcamera's is dat zwart-witcamera's geen kleurfilterarray (CFA) hebben. Door de kleurfilters te verwijderen wordt een zwart-witcamera gevoeliger voor licht en ontvangt meer licht.
Daarnaast zijn kleurencamera's meestal uitgerust met infrarood-kopfilters om een verscheidenheid aan chromatische aberratieproblemen te voorkomen die worden veroorzaakt door de reactie van de drie primaire kleuren met nabije-infraroodgolflengtes van licht.
Aangezien zwart-witcamera's geen CFA noch IR-kopfilters hebben, kan de sensor een bredere spectrale reikwijdte detecteren en meer licht accepteren. Dit betekent dat zwart-witcamera's uitstekend presteren in situaties met weinig licht.

Snellere algoritmes

Kleurencamera's zijn niet geschikt voor embedded vision-toepassingen gebaseerd op edge AI vanwege hun complexe afbeeldingsbouwalgoritmes.
Integendeel, veel van de algoritmes van zwart-witcamera's kunnen worden gebruikt om objecten te detecteren, objecten te voorspellen en andere toepassingen te ondersteunen met behulp van visiemodellen.

Hogere framesnelheid

De pixels van een monochroom camera sensor zijn kleiner dan die van kleurencameras. In kleurencameras is de hoeveelheid data om hetzelfde beeld te verwerken hoger en is de verwerkings tijd langer dan bij monochrome digitale cameras, wat resulteert in langzamere frames per seconde. Integendeel, monochrome cameras hebben snellere verwerking en een hogere framesnelheid.

Hieruit kunnen we concluderen dat bij het verwerken van dezelfde beeldgegevens in individuele embedded vision toepassingen, de verwerkings snelheid, laaglicht prestaties en framesnelheid van monochrome cameras hoger en beter zijn dan bij kleurencameras, en daarom is het beter om monochrome cameras te gebruiken in individuele embedded vision toepassingen.

Toepassingen voor Monochrome Camera Modules

Laten we eens kijken naar enkele embedded vision toepassingen die specifiek geen kleurinformatie vereisen en zien hoe een monochrome camera verschil kan maken.

Automatische kentekenherkenning (ANPR)

In intelligente verkeerssystemen moeten we vaak schendingen identificeren door kentekens te registreren. Het eerste waar we duidelijk over kunnen zijn, is dat we geen kleurinformatie nodig hebben; we hoeven alleen snel een afbeelding te vangen en deze vervolgens te analyseren om de voertuiginformatie via OCR (Optische Karakterherkenning) te lezen. Of het nu dag of nacht is. Daarom kunnen monochroom digitale camera's met hoge gevoeligheid en sterke prestaties in lage lichtomstandigheden deze toepassing goed uitvoeren. Toch hebben bepaalde gebieden waar kleurherkenning van kentekens vereist is nog steeds kleurcamera's nodig.

Q kwaliteitscontrole

In industriële automatiseringsapplicaties waarbij camera's worden gebruikt om te detecteren of een object beschadigd is of niet, kunnen zwart-witcamera's worden ingezet. Dit wordt breed toegepast in fabrieken om ervoor te zorgen dat de kwaliteit van het product bevredigend is.

Conclusie

In conclusie, zowel monochroom als kleurcamera's hebben hun eigen voordelen en beperkingen. Afhankelijk van de toepassingen en onze behoeften moeten we een keuze maken op basis van de praktijk. De prestaties van een monochroomcamera in schemerlicht zijn sterk, waardoor duidelijke, gedetailleerde afbeeldingen in slecht verlichte omgevingen kunnen worden vastgelegd, maar de kosten zijn hoger en kleurafbeeldingen kunnen niet worden vastgelegd. Kleurcamera's kunnen volledig gekleurde afbeeldingen vastleggen, maar hebben een lage lichtgevoeligheid en kunnen onduidelijke, ongedetailleerde afbeeldingen produceren in slecht verlichte omstandigheden.

We hopen dat dit artikel u een eerste inzicht heeft gegeven in de verschillen tussen monochroom- en kleurcamera's, en een idee van de soorten toepassingen waarbij monochroomcamera's geschikt zijn. Bijvoorbeeld, in toepassingen waarbij kleurende uitkomsten geen rol spelen, maar wel gevoeligheid en prestaties in schemerlicht belangrijk zijn, moet een monochroomcamera worden gebruikt.

Natuurlijk is Sinoseen altijd beschikbaar om je te helpen als je hulp nodig hebt, en met meer dan 15 jaar ervaring als leverancier van OEM camera-oplossingen , heeft Sinoseen een breed assortiment zwart-witcamera's met verschillende configuraties en parameters voor elke toepassing. Aarzel niet om contact met ons op te nemen als u hulp nodig heeft.