為嵌入式視(shi)覺應用選擇相機的重(zhong)要標準之(zhi)一是色度類型(xing)。
并不(bu)(bu)是說單色(se)相機優于彩色(se)相機，反之亦然。相反，兩者的用途不(bu)(bu)同，具有不(bu)(bu)同的光吸收特性和(he)處理(li)技術。
正如許多人所說，這不(bu)是兩者(zhe)之間的斗爭(zheng)。更(geng)重(zhong)要的是選擇(ze)更(geng)適(shi)合您的應用的那個。
在這篇富有洞察力的(de)文(wen)章中，我們旨在讓(rang)您了解彩(cai)色和(he)單色相機之間(jian)的(de)關鍵區別及其工作原理。
什么是彩色相機？
我們(men)都(dou)知道彩色相機的實際(ji)用(yong)途。但(dan)我們(men)中(zhong)有(you)多(duo)少人知道它背(bei)后的工作原理？
彩色相(xiang)機可(ke)以捕捉(zhuo)(zhuo)并產生彩色圖像輸出。如您(nin)所知，光(guang)信息(xi)是(shi)使用(yong)傳感(gan)器(qi)(qi)捕捉(zhuo)(zhuo)的(de)，而(er)傳感(gan)器(qi)(qi)由單個像素組成。在彩色相(xiang)機中，CFA（彩色濾光(guang)片陣列）覆蓋在傳感(gan)器(qi)(qi)上以接收所需波長(chang)的(de)光(guang)子。
彩色濾光片陣列和拜耳模式
CFA 是位(wei)于相機傳感(gan)器陣列頂部的(de)(de)彩色濾光(guang)片排列，它(ta)只(zhi)允許特定波(bo)長(chang)的(de)(de)光(guang)落在單個(ge)像(xiang)素或感(gan)光(guang)點上。有許多 CFA 濾光(guang)片可供(gong)選(xuan)擇。
但拜耳濾光片(pian)或拜耳模式(shi)是嵌入式(shi)視覺中最常(chang)用的濾光片(pian)。拜耳模式(shi)帶有交替的紅色(se)、綠(lv)色(se)和藍色(se)濾光片(pian)。
綠色(se)濾光片的(de)數量是紅色(se)和(he)藍(lan)色(se)像(xiang)素的(de)兩(liang)倍。
數據(ju)偏向(xiang)綠色的權重是由于人眼(yan)對綠光(guang)的敏(min)感度更(geng)高(gao)。
什么是去馬賽克？
由于彩(cai)色相(xiang)機使用 CFA，原始輸(shu)出（也(ye)稱為拜(bai)耳輸(shu)出）是(shi)像素值(zhi)的(de)組合(he)，每個像素值(zhi)代表一種顏(yan)色，看起(qi)來像馬賽(sai)克。因此(ci)，重建全彩(cai)圖(tu)像所需的(de)算(suan)法處理稱為去馬賽(sai)克或(huo)去拜(bai)耳化(hua)。
去(qu)馬賽克算法有很多種(zhong)，每種(zhong)算法都有其(qi)優點(dian)和(he)缺點(dian)。一(yi)些流行(xing)的(de)(de)去(qu)馬賽克方法包括最近鄰(lin)插(cha)值(zhi)、雙線性插(cha)值(zhi)和(he)雙三次(ci)插(cha)值(zhi)。使用適當的(de)(de)去(qu)馬賽克算法有助于保(bao)持色(se)彩保(bao)真度(du)、避免偽(wei)影(ying)并防止輸出圖像的(de)(de)分辨率(lv)和(he)清(qing)晰度(du)降低。
什么是單色相機？
顧(gu)名(ming)思(si)義，單色相機可(ke)產生無色(se)圖像(xiang)，不使用(yong) CFA。它(ta)(ta)們的像(xiang)素無需任何濾鏡即可(ke)吸(xi)收紅色(se)、綠(lv)色(se)和(he)藍色(se)。這意味(wei)著它(ta)(ta)們由于光吸(xi)收率(lv)更高而具有更高的靈敏度。此外，它(ta)(ta)們不需要去馬賽(sai)克來處理圖像(xiang)。
為什么某些嵌入式視覺系統需要單色相機(ji)？
關(guan)于(yu)單色(se)相機，可能會出現的(de)一(yi)個問題(ti)是，它們是否在現代嵌入(ru)式視覺應用中必不(bu)可少。難道不(bu)是所有(you)的(de)相機系統(tong)都需要彩色(se)圖像(xiang)嗎？
我們(men)首先需要(yao)(yao)了解的(de)是(shi)，與手機(ji)或消費級相(xiang)機(ji)不同，嵌入(ru)式相(xiang)機(ji)用于(yu)工業(ye)和商業(ye)應(ying)用。這(zhe)些應(ying)用有獨特的(de)要(yao)(yao)求，可能并(bing)不總是(shi)需要(yao)(yao)彩色(se)相(xiang)機(ji)，或者單色(se)相(xiang)機(ji)更適(shi)合。
我們將(jiang)在后面(mian)的部分深入探(tan)討單(dan)色相機(ji)的應用。但單(dan)色相機(ji)的一些優勢使其(qi)成為(wei)許多(duo)嵌(qian)入式視覺系統的更好(hao)選擇：
與(yu)彩色(se)相(xiang)機相(xiang)比(bi)，它(ta)們在可見(jian)光和近紅外 (NIR) 光譜中的靈(ling)敏度(du)更高。
計(ji)算(suan)機視(shi)覺算(suan)法通常更擅(shan)長分析(xi)單色(se)圖像(xiang)，尤其(qi)是在基于 AI 的推理方面(mian)。然而(er)，AI 算(suan)法在推理彩色(se)圖像(xiang)方面(mian)越來(lai)越好。
與(yu)彩色相機相比，單色相機往往提供更高的(de)(de)輸出分辨(bian)率(lv)，因為它們可以吸收更多的(de)(de)光進入(ru)光子阱。
彩色相機的嵌入式視覺應用
許(xu)多(duo)嵌入式視(shi)覺應用都需要(yao)彩色相機。這(zhe)幾乎涵蓋(gai)了所有基于(yu)相機的應用。以下是一些(xie)目前(qian)引起(qi)轟動的應用：
機器人技術
智能交通系統
精準農業
無人機
體育分析
自主購物系統
單色相機的嵌入式視覺應用
列出一(yi)個(ge)總體(ti)類別(bie)并(bing)聲稱所有此類系統都使用單色(se)相(xiang)(xiang)機是不(bu)切實際的。因此，我們將嘗(chang)試選擇特(te)定的應用程序(xu)并(bing)解釋為什(shen)么它(ta)們需要單色(se)相(xiang)(xiang)機而不(bu)是彩色(se)相(xiang)(xiang)機。
基于虹膜識別的生物識別系統
許多(duo)生(sheng)物(wu)識別系統使用虹膜識別作(zuo)為身份驗證方法。
由于單色相(xiang)機在(zai)近紅外光(guang)譜(pu)中具有(you)高(gao)靈敏度，并(bing)且對基于人(ren)工智(zhi)能的視覺算法更“友好”，因此它們更適合生物識別系統。當然，前提是不需(xu)要為任(ren)何(he)其他類型的分析收集顏色信息。
但是(shi)，如果需要高近(jin)紅(hong)外(wai)靈敏(min)度，仍然建議使用近(jin)紅(hong)外(wai)增強型相機(ji)。
ANPR（自動車牌識別）
智(zhi)能交通設備中的 ANPR 攝(she)像(xiang)頭用于捕捉車牌。然后(hou)使用 OCR（光學(xue)字符識別）分析圖像(xiang)以讀取車牌并(bing)識別車輛詳細(xi)信息。
可以想象，這(zhe)不需(xu)要攝(she)像頭(tou)收(shou)集顏色信(xin)息(xi)。這(zhe)為單色攝(she)像頭(tou)提供了解(jie)決方案。
此外(wai)，ANPR 攝(she)(she)像頭需要(yao)在夜(ye)間光線有限的(de)區域運行。這要(yao)求(qiu)攝(she)(she)像頭具有高(gao)靈敏(min)度，在這種情(qing)況下，與彩(cai)色(se)攝(she)(she)像頭相比，單色(se)攝(she)(she)像頭是(shi)更好的(de)選擇。但是(shi)，須注意的(de)是(shi)，在某些(xie)地(di)區使用彩(cai)色(se)車牌，須使用彩(cai)色(se)攝(she)(she)像頭才能(neng)準確(que)識別車牌。
條形碼掃描
條形(xing)碼掃(sao)描是許多工(gong)業和商業應(ying)用(yong)中常用(yong)的技術。它們有助于：
具有引導(dao)導(dao)航功能的機器人
具(ju)有產品記錄和檢查功(gong)能的(de)工業手持設備
具有識別物體功能的拾取和放置(zhi)機器(qi)人。
具有(you)識(shi)別包裹和物體(ti)功能的質量檢測系統
具有(you)行(xing)李(li)識別功能(neng)的機(ji)場行(xing)李(li)檢查系統
大多數(shu)這些(xie)系統都使(shi)用黑白條形碼(ma)。因(yin)此，單色相(xiang)機(ji)(ji)是它們的絕(jue)佳選(xuan)擇。例如，在(zai)車牌的情況下，在(zai)某些(xie)情況下，單色相(xiang)機(ji)(ji)無法滿足需要時，會(hui)使(shi)用彩(cai)色條形碼(ma)。
顯微鏡
您(nin)選擇的(de)相機的(de)色(se)度(du)將取決于顯微鏡應用的(de)具體類型或目(mu)的(de)。例如，使用有色(se)試劑或涉(she)及有色(se)輸出的(de)分(fen)子分(fen)析肯(ken)定需要彩色(se)相機。另一方面，僅涉(she)及紋理分(fen)析的(de)技術更適合(he)單色(se)相機。
單色(se)(se)相(xiang)(xiang)機(ji)(ji)是(shi)顯(xian)微鏡(jing)技術的(de)另一個很好(hao)選擇(ze)的(de)例子是(shi)熒(ying)光顯(xian)微鏡(jing)。這是(shi)因為單色(se)(se)相(xiang)(xiang)機(ji)(ji)比彩色(se)(se)相(xiang)(xiang)機(ji)(ji)對光更敏感(gan)。
質量檢測
在(zai)工廠(chang)自動化應用中，使用相機(ji)檢查瓶子是否(fou)裝滿，可(ke)以(yi)有(you)效地使用單色相機(ji)。
這在裝(zhuang)瓶廠中被廣泛使用，以確(que)保(bao)在瓶子中裝(zhuang)入所需數量的液體。
單色相機還可以(yi)通過分(fen)析(xi)成品的(de)形狀和紋理(li)來有效識別缺(que)陷。
