25/08/12Rəngli kameralar istehlakçı kameraları bazarında üstünlük təşkil etsə də, monoxrom kameralar elmi təsvirlərdə daha çox yayılmışdır.
Kamera sensorları təbii olaraq topladıqları işığın rəngini və ya dalğa uzunluğunu aşkar etmək iqtidarında deyil. Rəngli təsvirə nail olmaq üçün həssaslıq və məkan seçmələrində bir sıra güzəştlər tələb olunur. Bununla belə, patoloji, histologiya və ya bəzi sənaye təftişi kimi bir çox görüntüləmə tətbiqlərində rəng məlumatı vacibdir, buna görə də rəngli elmi kameralar hələ də adi haldır.
Bu məqalə elmi kameraların hansı rəngdə olduğunu, necə işlədiyini, güclü tərəflərini və məhdudiyyətlərini və elmi tətbiqlərdə monoxrom analoqlarını üstələdiklərini araşdırır.
Rəngli Elmi Kameralar Nədir?
Rəngli elmi kamera RGB rəngli məlumatı yüksək dəqiqliklə, dəqiqliklə və ardıcıllıqla çəkən xüsusi təsvir cihazıdır. Vizual cəlbediciliyə üstünlük verən istehlakçı dərəcəli rəngli kameralardan fərqli olaraq, elmi rəngli kameralar rəng dəqiqliyi, sensor xətti və dinamik diapazonun vacib olduğu kəmiyyət təsviri üçün hazırlanmışdır.
Bu kameralar parlaq sahə mikroskopiyası, histologiya, materialların təhlili və vizual şərhin və ya rəng əsaslı təsnifatın vacib olduğu maşın görmə tapşırıqları kimi tətbiqlərdə geniş istifadə olunur. Rəngli elmi kameraların əksəriyyəti elmi və sənaye tədqiqatlarının ciddi tələblərinə cavab vermək üçün nəzərdə tutulmuş CMOS və ya sCMOS sensorlarına əsaslanır.
Fərqli təsvir sistemlərinə dərindən baxmaq üçün yüksək performanslı seçimimizi araşdırınelmi kamerapeşəkar tətbiqlər üçün hazırlanmış modellər.
Rəng əldə etmək: Bayer Filtri
Şərti olaraq, kameralarda rəngin aşkarlanması monitorlarda və ekranlarda rəng bərpası ilə eyni vasitələrlə əldə edilir: yaxınlıqdakı qırmızı, yaşıl və mavi piksellərin tam rəngli "superpiksellərə" birləşməsi vasitəsilə. R, G və B kanallarının hamısı maksimum dəyərdə olduqda, ağ piksel görünür.
Silikon kameralar daxil olan fotonların dalğa uzunluğunu təsbit edə bilmədiyi üçün hər bir R, G və ya B dalğa uzunluğu kanalının ayrılması filtrasiya yolu ilə həyata keçirilməlidir.
Qırmızı piksellərdə, spektrin qırmızı hissəsində olanlar istisna olmaqla, bütün dalğa uzunluqlarını bloklamaq üçün pikselin üzərinə fərdi filtr yerləşdirilir, həmçinin mavi və yaşıl üçün. Bununla belə, üç rəngli kanala malik olmasına baxmayaraq, iki ölçülü kvadrat döşəməyə nail olmaq üçün şəkildə göstərildiyi kimi bir qırmızı, bir mavi və iki yaşıl pikseldən superpiksel yaradılır.
Rəngli kameralar üçün Bayer filtr sxemi
QEYD: Yaşıl, Qırmızı, Mavi, Yaşıl piksellərin təkrarlanan kvadrat 4 piksel vahidlərindən istifadə edərək, Bayer filtr sxemindən istifadə edərək rəngli kameralar üçün fərdi piksellərə əlavə edilmiş rəng filtrlərinin düzümü. 4 pikselli vahid daxilində sifariş fərqli ola bilər.
Həm işıq mənbələrinin əksəriyyəti (günəşdən ağ LED-lərə qədər) spektrin yaşıl hissəsində pik intensivliyini nümayiş etdirdiyinə görə, həm də işıq detektorları (silikon əsaslı kamera sensorlarından gözlərimizə qədər) adətən yaşıl rəngdə həssaslıq zirvəsinə çatdığı üçün yaşıl piksellərə üstünlük verilir.
Şəkil təhlili və nümayişinə gəldikdə isə, şəkillər adətən hər biri yalnız R, G və ya B dəyərini göstərən piksellərlə istifadəçiyə çatdırılmır. "Debayering" adlanan prosesdə yaxınlıqdakı piksellərin dəyərlərini interpolyasiya etməklə kameranın hər pikseli üçün 3 kanallı RGB dəyəri yaradılır.
Məsələn, hər bir qırmızı piksel ya dörd yaxınlıqdakı yaşıl pikselin ortasından, ya da başqa bir alqoritm vasitəsilə və eyni şəkildə dörd yaxın mavi piksel üçün yaşıl dəyər yaradacaq.
Rəngin müsbət və mənfi cəhətləri
Pros
● Siz onu rəngli görə bilərsiniz! Rəng, xüsusilə bioloji və ya material nümunələrinin təhlili zamanı insan təfsirini gücləndirən qiymətli məlumatları ötürür.
● Monoxrom kameradan istifadə edərək ardıcıl R, G və B şəkilləri çəkməklə müqayisədə RGB rəngli şəkilləri çəkmək daha sadədir
Eksiler
● Rəngli kameraların həssaslığı dalğa uzunluğundan asılı olaraq monoxrom analoqları ilə müqayisədə kəskin şəkildə azalır. Spektrin qırmızı və mavi hissəsində, bu dalğa uzunluqlarından keçən dörd piksel filtrdən yalnız biri səbəbindən işıq toplanması bu dalğa uzunluqlarında olan ekvivalent monoxrom kameranın ən çox 25%-ni təşkil edir. Yaşıl rəngdə amil 50% təşkil edir. Bundan əlavə, heç bir filtr mükəmməl deyil: pik ötürülmə 100% -dən az olacaq və dəqiq dalğa uzunluğundan asılı olaraq çox aşağı ola bilər.
● İncə detalların həlli də pisləşir, çünki seçmə dərəcələri eyni amillərlə azalır (R, B üçün 25%-ə və G üçün 50%-ə qədər). Qırmızı piksellər vəziyyətində, yalnız 4 pikseldən 1-i qırmızı işığı tutan, qətnamənin hesablanması üçün effektiv piksel ölçüsü hər ölçüdə 2 dəfə böyükdür.
● Rəngli kameralara həmişə infraqırmızı (IR) filtr daxildir. Bu, silikon kameraların insan gözünə görünməyən bəzi IR dalğa uzunluqlarını, 700nm-dən 1100nm-ə qədər aşkar etmək qabiliyyəti ilə bağlıdır. Bu IR işığı süzülməsəydi, bu, ağ balansına təsir göstərəcək, nəticədə qeyri-dəqiq rəng reproduksiyası baş verəcək və yaranan görüntü gözlə görülənlə uyğun gəlməyəcək. Beləliklə, bu IR işığı süzülməlidir, yəni rəngli kameralar bu dalğa uzunluqlarından istifadə edən görüntüləmə tətbiqləri üçün istifadə edilə bilməz.
Rəngli kameralar necə işləyir?
Tipik rəngli kamera kvant səmərəliliyi əyrisinin nümunəsi
QEYD: Qırmızı, mavi və yaşıl filtrli piksellər üçün kvant səmərəliliyinin dalğa uzunluğundan asılılığı ayrıca göstərilir. Rəng filtrləri olmayan eyni sensorun kvant səmərəliliyi də göstərilir. Rəng filtrlərinin əlavə edilməsi kvant səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.
Elmi rəngli kameranın əsasını onun təsvir sensoru təşkil edir, adətən aCMOS kamera or sCMOS kamera(elmi CMOS), Bayer filtri ilə təchiz edilmişdir. Fotonun çəkilməsindən şəkil çıxışına qədər iş prosesi bir neçə əsas addımı əhatə edir:
1. Foton aşkarlanması: İşıq linzaya daxil olur və sensora dəyir. Hər bir piksel daşıdığı rəng filtrindən asılı olaraq müəyyən bir dalğa uzunluğuna həssasdır.
2. Yükün çevrilməsi: Fotonlar hər pikselin altındakı fotodiodda elektrik yükü yaradır.
3. Oxunma və Gücləndirmə: Yüklər gərginliyə çevrilir, sətir-sətir oxunur və analoqdan rəqəmsal çeviricilər vasitəsilə rəqəmsallaşdırılır.
4. Rənglərin yenidən qurulması: Kameranın bort prosessoru və ya xarici proqramı demozaikləşdirmə alqoritmlərindən istifadə edərək süzülmüş məlumatlardan tam rəngli təsviri interpolyasiya edir.
5. Şəkil korreksiyası: Dəqiq, etibarlı çıxışı təmin etmək üçün düz sahə korreksiyası, ağ balansı və səs-küyün azaldılması kimi sonrakı emal addımları tətbiq edilir.
Rəngli kameranın performansı onun sensor texnologiyasından çox asılıdır. Müasir CMOS kamera sensorları sürətli kadr sürətləri və aşağı səs-küy təklif edir, sCMOS sensorlar isə elmi iş üçün vacib olan aşağı işıq həssaslığı və geniş dinamik diapazon üçün optimallaşdırılıb. Bu əsaslar rəngli və monoxrom kameraların müqayisəsi üçün zəmin yaradır.
Rəngli kameralar və monoxrom kameralar: əsas fərqlər
Az işıqda iş üçün rəngli və monoxrom kamera şəkillərinin müqayisəsi
QEYD: Rəngli kamera (solda) və monoxrom kamera (sağda) tərəfindən aşkarlanan qırmızı dalğa uzunluğu emissiyası ilə flüoresan şəkil, digər kamera xüsusiyyətləri eyni qalır. Rəngli görüntü xeyli aşağı siqnal-küy nisbətini və həllini göstərir.
Həm rəngli, həm də monoxrom kameralar bir çox komponentləri paylaşsa da, onların performans və istifadə vəziyyətlərində fərqləri əhəmiyyətlidir. Budur, qısa bir müqayisə:
| Xüsusiyyət | Rəngli Kamera | Monoxrom Kamera |
| Sensor növü | Bayer tərəfindən süzülmüş CMOS/sCMOS | Filtrlənməmiş CMOS/sCMOS |
| İşığa həssaslıq | Aşağı (işığı bloklayan rəng filtrlərinə görə) | Daha yüksək (filtrlərə işıq itirilmir) |
| Məkan Qətnaməsi | Daha aşağı effektiv ayırdetmə (demozaikləşdirmə) | Tam yerli qətnamə |
| İdeal Tətbiqlər | Brightfield mikroskopiyası, histologiya, materialların təftişi | Floresans, aşağı işıqda görüntüləmə, yüksək dəqiqlikli ölçmələr |
| Rəng Məlumatı | Tam RGB məlumatını çəkir | Yalnız boz rəngi çəkir |
Qısacası, rəngli kameralar şərh və ya təhlil üçün rəng əhəmiyyətli olduqda ən yaxşısıdır, monoxrom kameralar isə həssaslıq və dəqiqlik üçün idealdır.
Elmi Tətbiqlərdə Rəngli Kameraların Excel olduğu yer
Məhdudiyyətlərinə baxmayaraq, rəngli kameralar rəng fərqinin əsas olduğu bir çox ixtisaslaşdırılmış sahələrdə üstündür. Aşağıda onların parıldadığı yerlərə dair bir neçə nümunə verilmişdir:
Həyat Elmləri və Mikroskopiya
Rəngli kameralar adətən parlaq sahə mikroskopiyasında, xüsusilə histoloji analizdə istifadə olunur. H&E və ya Gram boyama kimi rəngləmə üsulları yalnız RGB təsviri ilə şərh edilə bilən rəng əsaslı kontrast yaradır. Təhsil laboratoriyaları və patoloji şöbələri də tədris və ya diaqnostik istifadə üçün bioloji nümunələrin real görüntülərini çəkmək üçün rəngli kameralara etibar edirlər.
Material Elmləri və Səth Təhlili
Materialların tədqiqində rəngli təsvirlər korroziya, oksidləşmə, örtüklər və material sərhədlərini müəyyən etmək üçün dəyərlidir. Rəngli kameralar monoxrom təsvirin əldən verə biləcəyi səth rəngində incə dəyişiklikləri və ya qüsurları aşkar etməyə kömək edir. Məsələn, kompozit materialların və ya çap dövrə lövhələrinin qiymətləndirilməsi tez-tez rənglərin dəqiq təsvirini tələb edir.
Maşın Görmə və Avtomatlaşdırma
Avtomatlaşdırılmış yoxlama sistemlərində rəngli kameralar obyektlərin çeşidlənməsi, qüsurların aşkarlanması və etiketlərin yoxlanılması üçün istifadə olunur. Onlar maşın görmə alqoritmlərinə hissələri və ya məhsulları rəng işarələri əsasında təsnif etməyə imkan verir, istehsalda avtomatlaşdırma dəqiqliyini artırır.
Təhsil, Sənədləşdirmə və Yayım
Elmi qurumlar tez-tez nəşrlər, qrant təklifləri və təbliğat üçün yüksək keyfiyyətli rəngli şəkillər tələb edir. Rəngli təsvir elmi məlumatların daha intuitiv və vizual cəlbedici təqdimatını təmin edir, xüsusən də fənlərarası əlaqə və ya ictimai əlaqə üçün.
Son Düşüncələr
Rəngli elmi kameralar rəng fərqinin vacib olduğu müasir təsvir iş proseslərində mühüm rol oynayır. Onlar monoxrom kameralara həssaslıq və ya dəqiqlik baxımından uyğun gəlməsələr də, təbii, şərh edilə bilən şəkilləri çatdırmaq qabiliyyəti onları həyat elmlərindən tutmuş sənaye yoxlamasına qədər müxtəlif sahələrdə əvəzolunmaz edir.
Rəng və monoxrom arasında seçim edərkən, təsvir məqsədlərinizi nəzərə alın. Tətbiqiniz aşağı işıq performansı, yüksək həssaslıq və ya flüoresan aşkarlama tələb edirsə, monoxrom elmi kamera ən yaxşı seçiminiz ola bilər. Ancaq parlaq sahə təsviri, material təhlili və ya rəng kodlu məlumatla əlaqəli hər hansı bir tapşırıq üçün rəngli həll ideal ola bilər.
Elmi tədqiqatlar üçün qabaqcıl rəngli təsvir sistemlərini araşdırmaq üçün ehtiyaclarınıza uyğunlaşdırılmış yüksək performanslı CMOS kameralar və sCMOS modellərinin tam dəstini nəzərdən keçirin.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Bütün hüquqlar qorunur. İstinad edərkən mənbəni qeyd edin:www.tucsen.com
