為嵌入式視覺應用選擇相機的重要標準之一是色度類型。

并不是說單色相機優于彩色相機，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。

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用的那個。

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之間的關鍵區別及其工作原理。

什么是彩色相機？

我們都知道彩色相機的實際用途。但我們中有多少人知道它背后的工作原理？

彩色相機可以捕捉并產生彩色圖像輸出。如您所知，光信息是使用傳感器捕捉的，而傳感器由單個像素組成。在彩色相機中，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像素或感光點上。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、綠色和藍色濾光片。

綠色濾光片的數量是紅色和藍色像素的兩倍。

數據偏向綠色的權重是由于人眼對綠光的敏感度更高。

什么是去馬賽克？

由于彩色相機使用 CFA，原始輸出（也稱為拜耳輸出）是像素值的組合，每個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，每種算法都有其優點和缺點。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。使用適當的去馬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？

顧名思義，單色相機可產生無色圖像，不使用 CFA。它們的像素無需任何濾鏡即可吸收紅色、綠色和藍色。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需要單色相機？

關于單色相機，可能會出現的一個問題是，它們是否在現代嵌入式視覺應用中必不可少。難道不是所有的相機系統都需要彩色圖像嗎？

我們首先需要了解的是，與手機或消費級相機不同，嵌入式相機用于工業和商業應用。這些應用有獨特的要求，可能并不總是需要彩色相機，或者單色相機更適合。

我們將在后面的部分深入探討單色相機的應用。但單色相機的一些優勢使其成為許多嵌入式視覺系統的更好選擇：

與彩色相機相比，它們在可見光和近紅外 (NIR) 光譜中的靈敏度更高。

計算機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。

與彩色相機相比，單色相機往往提供更高的輸出分辨率，因為它們可以吸收更多的光進入光子阱。

彩色相機的嵌入式視覺應用

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

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

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

基于虹膜識別的生物識別系統

許多生物識別系統使用虹膜識別作為身份驗證方法。

由于單色相機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別系統。當然，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型相機。

ANPR（自動車牌識別）

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

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域運行。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，在某些地區使用彩色車牌，須使用彩色攝像頭才能準確識別車牌。

條形碼掃描

條形碼掃描是許多工業和商業應用中常用的技術。它們有助于：

具有引導導航功能的機器人

具有產品記錄和檢查功能的工業手持設備

具有識別物體功能的拾取和放置機器人。

具有識別包裹和物體功能的質量檢測系統

具有行李識別功能的機場行李檢查系統

大多數這些系統都使用黑白條形碼。因此，單色相機是它們的絕佳選擇。例如，在車牌的情況下，在某些情況下，單色相機無法滿足需要時，會使用彩色條形碼。

顯微鏡

您選擇的相機的色度將取決于顯微鏡應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。另一方面，僅涉及紋理分析的技術更適合單色相機。

單色相機是顯微鏡技術的另一個很好選擇的例子是熒光顯微鏡。這是因為單色相機比彩色相機對光更敏感。

質量檢測

在工廠自動化應用中，使用相機檢查瓶子是否裝滿，可以有效地使用單色相機。

這在裝瓶廠中被廣泛使用，以確保在瓶子中裝入所需數量的液體。

單色相機還可以通過分析成品的形狀和紋理來有效識別缺陷。