為嵌入式視覺應(yīng)用選擇相機(jī)的重要標(biāo)準(zhǔn)之一是色度類型。

并不是說單色相機(jī)優(yōu)于彩色相機(jī)，反之亦然。相反，兩者的用途不同，具有不同的光吸收特性和處理技術(shù)。

正如許多人所說，這不是兩者之間的斗爭。更重要的是選擇更適合您的應(yīng)用的那個(gè)。

在這篇富有洞察力的文章中，我們旨在讓您了解彩色和單色相機(jī)之間的關(guān)鍵區(qū)別及其工作原理。

什么是彩色相機(jī)？

我們都知道彩色相機(jī)的實(shí)際用途。但我們中有多少人知道它背后的工作原理？

彩色相機(jī)可以捕捉并產(chǎn)生彩色圖像輸出。如您所知，光信息是使用傳感器捕捉的，而傳感器由單個(gè)像素組成。在彩色相機(jī)中，CFA（彩色濾光片陣列）覆蓋在傳感器上以接收所需波長的光子。

彩色濾光片陣列和拜耳模式

CFA 是位于相機(jī)傳感器陣列頂部的彩色濾光片排列，它只允許特定波長的光落在單個(gè)像素或感光點(diǎn)上。有許多 CFA 濾光片可供選擇。

但拜耳濾光片或拜耳模式是嵌入式視覺中最常用的濾光片。拜耳模式帶有交替的紅色、綠色和藍(lán)色濾光片。

綠色濾光片的數(shù)量是紅色和藍(lán)色像素的兩倍。

數(shù)據(jù)偏向綠色的權(quán)重是由于人眼對綠光的敏感度更高。

什么是去馬賽克？

由于彩色相機(jī)使用 CFA，原始輸出（也稱為拜耳輸出）是像素值的組合，每個(gè)像素值代表一種顏色，看起來像馬賽克。因此，重建全彩圖像所需的算法處理稱為去馬賽克或去拜耳化。

去馬賽克算法有很多種，每種算法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。一些流行的去馬賽克方法包括最近鄰插值、雙線性插值和雙三次插值。使用適當(dāng)?shù)娜ヱR賽克算法有助于保持色彩保真度、避免偽影并防止輸出圖像的分辨率和清晰度降低。

什么是單色相機(jī)？

顧名思義，單色相機(jī)可產(chǎn)生無色圖像，不使用 CFA。它們的像素?zé)o需任何濾鏡即可吸收紅色、綠色和藍(lán)色。這意味著它們由于光吸收率更高而具有更高的靈敏度。此外，它們不需要去馬賽克來處理圖像。

為什么某些嵌入式視覺系統(tǒng)需要單色相機(jī)？

關(guān)于單色相機(jī)，可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問題是，它們是否在現(xiàn)代嵌入式視覺應(yīng)用中必不可少。難道不是所有的相機(jī)系統(tǒng)都需要彩色圖像嗎？

我們首先需要了解的是，與手機(jī)或消費(fèi)級(jí)相機(jī)不同，嵌入式相機(jī)用于工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。這些應(yīng)用有獨(dú)特的要求，可能并不總是需要彩色相機(jī)，或者單色相機(jī)更適合。

我們將在后面的部分深入探討單色相機(jī)的應(yīng)用。但單色相機(jī)的一些優(yōu)勢使其成為許多嵌入式視覺系統(tǒng)的更好選擇：

與彩色相機(jī)相比，它們在可見光和近紅外 (NIR) 光譜中的靈敏度更高。

計(jì)算機(jī)視覺算法通常更擅長分析單色圖像，尤其是在基于 AI 的推理方面。然而，AI 算法在推理彩色圖像方面越來越好。

與彩色相機(jī)相比，單色相機(jī)往往提供更高的輸出分辨率，因?yàn)樗鼈兛梢晕崭嗟墓膺M(jìn)入光子阱。

彩色相機(jī)的嵌入式視覺應(yīng)用

許多嵌入式視覺應(yīng)用都需要彩色相機(jī)。這幾乎涵蓋了所有基于相機(jī)的應(yīng)用。以下是一些目前引起轟動(dòng)的應(yīng)用：

機(jī)器人技術(shù)

智能交通系統(tǒng)

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

無人機(jī)

體育分析

自主購物系統(tǒng)

單色相機(jī)的嵌入式視覺應(yīng)用

列出一個(gè)總體類別并聲稱所有此類系統(tǒng)都使用單色相機(jī)是不切實(shí)際的。因此，我們將嘗試選擇特定的應(yīng)用程序并解釋為什么它們需要單色相機(jī)而不是彩色相機(jī)。

基于虹膜識(shí)別的生物識(shí)別系統(tǒng)

許多生物識(shí)別系統(tǒng)使用虹膜識(shí)別作為身份驗(yàn)證方法。

由于單色相機(jī)在近紅外光譜中具有高靈敏度，并且對基于人工智能的視覺算法更“友好”，因此它們更適合生物識(shí)別系統(tǒng)。當(dāng)然，前提是不需要為任何其他類型的分析收集顏色信息。

但是，如果需要高近紅外靈敏度，仍然建議使用近紅外增強(qiáng)型相機(jī)。

ANPR（自動(dòng)車牌識(shí)別）

智能交通設(shè)備中的 ANPR 攝像頭用于捕捉車牌。然后使用 OCR（光學(xué)字符識(shí)別）分析圖像以讀取車牌并識(shí)別車輛詳細(xì)信息。

可以想象，這不需要攝像頭收集顏色信息。這為單色攝像頭提供了解決方案。

此外，ANPR 攝像頭需要在夜間光線有限的區(qū)域運(yùn)行。這要求攝像頭具有高靈敏度，在這種情況下，與彩色攝像頭相比，單色攝像頭是更好的選擇。但是，須注意的是，在某些地區(qū)使用彩色車牌，須使用彩色攝像頭才能準(zhǔn)確識(shí)別車牌。

條形碼掃描

條形碼掃描是許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中常用的技術(shù)。它們有助于：

具有引導(dǎo)導(dǎo)航功能的機(jī)器人

具有產(chǎn)品記錄和檢查功能的工業(yè)手持設(shè)備

具有識(shí)別物體功能的拾取和放置機(jī)器人。

具有識(shí)別包裹和物體功能的質(zhì)量檢測系統(tǒng)

具有行李識(shí)別功能的機(jī)場行李檢查系統(tǒng)

大多數(shù)這些系統(tǒng)都使用黑白條形碼。因此，單色相機(jī)是它們的絕佳選擇。例如，在車牌的情況下，在某些情況下，單色相機(jī)無法滿足需要時(shí)，會(huì)使用彩色條形碼。

顯微鏡

您選擇的相機(jī)的色度將取決于顯微鏡應(yīng)用的具體類型或目的。例如，使用有色試劑或涉及有色輸出的分子分析肯定需要彩色相機(jī)。另一方面，僅涉及紋理分析的技術(shù)更適合單色相機(jī)。

單色相機(jī)是顯微鏡技術(shù)的另一個(gè)很好選擇的例子是熒光顯微鏡。這是因?yàn)閱紊鄼C(jī)比彩色相機(jī)對光更敏感。

質(zhì)量檢測

在工廠自動(dòng)化應(yīng)用中，使用相機(jī)檢查瓶子是否裝滿，可以有效地使用單色相機(jī)。

這在裝瓶廠中被廣泛使用，以確保在瓶子中裝入所需數(shù)量的液體。

單色相機(jī)還可以通過分析成品的形狀和紋理來有效識(shí)別缺陷。