వినియోగదారుల కెమెరా మార్కెట్లో కలర్ కెమెరాలు ఆధిపత్యం చెలాయించినప్పటికీ, శాస్త్రీయ ఇమేజింగ్లో మోనోక్రోమ్ కెమెరాలు ఎక్కువగా కనిపిస్తాయి.
కెమెరా సెన్సార్లు అవి సేకరించే కాంతి యొక్క రంగును లేదా తరంగదైర్ఘ్యాన్ని గుర్తించలేవు. రంగు చిత్రాన్ని సాధించడానికి సున్నితత్వం మరియు ప్రాదేశిక నమూనాలో అనేక రాజీలు అవసరం. అయితే, పాథాలజీ, హిస్టాలజీ లేదా కొన్ని పారిశ్రామిక తనిఖీ వంటి అనేక ఇమేజింగ్ అనువర్తనాల్లో, రంగు సమాచారం చాలా అవసరం, కాబట్టి రంగు శాస్త్రీయ కెమెరాలు ఇప్పటికీ సర్వసాధారణం.
ఈ వ్యాసం శాస్త్రీయ కెమెరాలు ఏ రంగులో ఉంటాయి, అవి ఎలా పనిచేస్తాయి, వాటి బలాలు మరియు పరిమితులు మరియు శాస్త్రీయ అనువర్తనాల్లో అవి వాటి మోనోక్రోమ్ ప్రతిరూపాలను ఎక్కడ అధిగమిస్తాయో అన్వేషిస్తుంది.
కలర్ సైంటిఫిక్ కెమెరాలు అంటే ఏమిటి?
కలర్ సైంటిఫిక్ కెమెరా అనేది ఒక ప్రత్యేకమైన ఇమేజింగ్ పరికరం, ఇది RGB రంగు సమాచారాన్ని అధిక విశ్వసనీయత, ఖచ్చితత్వం మరియు స్థిరత్వంతో సంగ్రహిస్తుంది. దృశ్య ఆకర్షణకు ప్రాధాన్యతనిచ్చే వినియోగదారు-గ్రేడ్ కలర్ కెమెరాల మాదిరిగా కాకుండా, శాస్త్రీయ రంగు కెమెరాలు పరిమాణాత్మక ఇమేజింగ్ కోసం రూపొందించబడ్డాయి, ఇక్కడ రంగు ఖచ్చితత్వం, సెన్సార్ లీనియారిటీ మరియు డైనమిక్ పరిధి చాలా ముఖ్యమైనవి.
ఈ కెమెరాలు బ్రైట్ఫీల్డ్ మైక్రోస్కోపీ, హిస్టాలజీ, మెటీరియల్స్ అనాలిసిస్ మరియు మెషిన్ విజన్ టాస్క్లు వంటి అప్లికేషన్లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి, ఇక్కడ విజువల్ ఇంటర్ప్రెటేషన్ లేదా కలర్-బేస్డ్ వర్గీకరణ అవసరం. చాలా కలర్ సైంటిఫిక్ కెమెరాలు CMOS లేదా sCMOS సెన్సార్లపై ఆధారపడి ఉంటాయి, ఇవి శాస్త్రీయ మరియు పారిశ్రామిక పరిశోధనల యొక్క కఠినమైన డిమాండ్లను తీర్చడానికి రూపొందించబడ్డాయి.
వివిధ ఇమేజింగ్ వ్యవస్థల గురించి లోతైన పరిశీలన కోసం, మా అధిక-పనితీరు ఎంపికను అన్వేషించండిశాస్త్రీయ కెమెరాప్రొఫెషనల్ అప్లికేషన్ల కోసం నిర్మించిన నమూనాలు.
రంగును సాధించడం: బేయర్ ఫిల్టర్
సాంప్రదాయకంగా, కెమెరాలలో రంగు గుర్తింపును మానిటర్లు మరియు స్క్రీన్లపై రంగు పునరుత్పత్తి చేసే విధంగానే సాధించవచ్చు: సమీపంలోని ఎరుపు, ఆకుపచ్చ మరియు నీలం పిక్సెల్లను పూర్తి-రంగు 'సూపర్ పిక్సెల్లు'గా కలపడం ద్వారా. R, G మరియు B ఛానెల్లు అన్నీ వాటి గరిష్ట విలువలో ఉన్నప్పుడు, తెల్లటి పిక్సెల్ కనిపిస్తుంది.
సిలికాన్ కెమెరాలు ఇన్కమింగ్ ఫోటాన్ల తరంగదైర్ఘ్యాన్ని గుర్తించలేవు కాబట్టి, ప్రతి R, G లేదా B తరంగదైర్ఘ్య ఛానెల్ యొక్క విభజనను వడపోత ద్వారా సాధించాలి.
ఎరుపు పిక్సెల్లలో, స్పెక్ట్రం యొక్క ఎరుపు భాగంలో ఉన్న తరంగదైర్ఘ్యాలను మినహాయించి అన్ని తరంగదైర్ఘ్యాలను నిరోధించడానికి పిక్సెల్పై ఒక వ్యక్తిగత ఫిల్టర్ ఉంచబడుతుంది మరియు అదే విధంగా నీలం మరియు ఆకుపచ్చ రంగులకు కూడా. అయితే, మూడు రంగు ఛానెల్లు ఉన్నప్పటికీ రెండు కోణాలలో చదరపు టైలింగ్ను సాధించడానికి, చిత్రంలో చూపిన విధంగా, ఒక ఎరుపు, ఒక నీలం మరియు రెండు ఆకుపచ్చ పిక్సెల్ల నుండి సూపర్ పిక్సెల్ ఏర్పడుతుంది.

కలర్ కెమెరాల కోసం బేయర్ ఫిల్టర్ లేఅవుట్
గమనిక: బేయర్ ఫిల్టర్ లేఅవుట్ ఉపయోగించి, ఆకుపచ్చ, ఎరుపు, నీలం, ఆకుపచ్చ పిక్సెల్ల పునరావృత చదరపు 4-పిక్సెల్ యూనిట్లను ఉపయోగించి కలర్ కెమెరాల కోసం వ్యక్తిగత పిక్సెల్లకు జోడించబడిన కలర్ ఫిల్టర్ల లేఅవుట్. 4-పిక్సెల్ యూనిట్లోని క్రమం భిన్నంగా ఉండవచ్చు.
ఆకుపచ్చ పిక్సెల్లకు ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది ఎందుకంటే చాలా కాంతి వనరులు (సూర్యుడి నుండి తెల్లని LED ల వరకు) స్పెక్ట్రం యొక్క ఆకుపచ్చ భాగంలో వాటి గరిష్ట తీవ్రతను ప్రదర్శిస్తాయి మరియు కాంతి డిటెక్టర్లు (సిలికాన్ ఆధారిత కెమెరా సెన్సార్ల నుండి మన కళ్ళ వరకు) సాధారణంగా ఆకుపచ్చ రంగులో గరిష్ట సున్నితత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి.
అయితే, ఇమేజ్ విశ్లేషణ మరియు ప్రదర్శన విషయానికి వస్తే, ప్రతి పిక్సెల్ వాటి R, G లేదా B విలువలను మాత్రమే ప్రదర్శించే చిత్రాలు సాధారణంగా వినియోగదారుకు అందించబడవు. 'డీబేయరింగ్' అనే ప్రక్రియలో, సమీపంలోని పిక్సెల్ల విలువలను ఇంటర్పోలేట్ చేయడం ద్వారా కెమెరాలోని ప్రతి పిక్సెల్కు 3-ఛానల్ RGB విలువ సృష్టించబడుతుంది.
ఉదాహరణకు, ప్రతి ఎరుపు పిక్సెల్ సమీపంలోని నాలుగు ఆకుపచ్చ పిక్సెల్ల సగటు నుండి లేదా ఏదైనా ఇతర అల్గోరిథం ద్వారా మరియు అలాగే సమీపంలోని నాలుగు నీలి పిక్సెల్లకు కూడా ఆకుపచ్చ విలువను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
రంగు యొక్క లాభాలు మరియు నష్టాలు
ప్రోస్
● మీరు దానిని రంగులో చూడవచ్చు! రంగు మానవ వివరణను మెరుగుపరిచే విలువైన సమాచారాన్ని తెలియజేస్తుంది, ముఖ్యంగా జీవసంబంధమైన లేదా పదార్థ నమూనాలను విశ్లేషించేటప్పుడు.
● మోనోక్రోమ్ కెమెరాను ఉపయోగించి వరుస R, G మరియు B చిత్రాలను తీయడం కంటే RGB రంగు చిత్రాలను సంగ్రహించడం చాలా సులభం.
కాన్స్
● తరంగదైర్ఘ్యం ఆధారంగా, వాటి మోనోక్రోమ్ ప్రతిరూపాలతో పోలిస్తే కలర్ కెమెరాల సున్నితత్వం బాగా తగ్గుతుంది. స్పెక్ట్రమ్ యొక్క ఎరుపు మరియు నీలం భాగంలో, ఈ తరంగదైర్ఘ్యాలను దాటే నాలుగు పిక్సెల్ ఫిల్టర్లలో ఒకటి మాత్రమే ఉండటం వలన, కాంతి సేకరణ ఈ తరంగదైర్ఘ్యాలలో సమానమైన మోనోక్రోమ్ కెమెరా కంటే గరిష్టంగా 25% ఉంటుంది. ఆకుపచ్చ రంగులో, కారకం 50%. అదనంగా, ఏ ఫిల్టర్ కూడా పరిపూర్ణంగా ఉండదు: పీక్ ట్రాన్స్మిషన్ 100% కంటే తక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఖచ్చితమైన తరంగదైర్ఘ్యం ఆధారంగా చాలా తక్కువగా ఉండవచ్చు.
● సూక్ష్మ వివరాల రిజల్యూషన్ కూడా దిగజారింది, ఎందుకంటే నమూనా రేట్లు ఈ కారకాల ద్వారానే తగ్గుతాయి (R, B కి 25% మరియు G కి 50%). ఎరుపు పిక్సెల్ల విషయంలో, 4 పిక్సెల్లలో 1 మాత్రమే ఎరుపు కాంతిని సంగ్రహిస్తుంది, రిజల్యూషన్ను లెక్కించడానికి ప్రభావవంతమైన పిక్సెల్ పరిమాణం ప్రతి కోణంలో 2x పెద్దది.
● కలర్ కెమెరాలలో ఎల్లప్పుడూ ఇన్ఫ్రారెడ్ (IR) ఫిల్టర్ కూడా ఉంటుంది. 700nm నుండి 1100nm వరకు మానవ కంటికి కనిపించని కొన్ని IR తరంగదైర్ఘ్యాలను గుర్తించే సిలికాన్ కెమెరాల సామర్థ్యం దీనికి కారణం. ఈ IR కాంతిని ఫిల్టర్ చేయకపోతే, అది తెల్లని సమతుల్యతను ప్రభావితం చేస్తుంది, ఫలితంగా సరికాని రంగు పునరుత్పత్తి జరుగుతుంది మరియు ఉత్పత్తి చేయబడిన చిత్రం కంటికి కనిపించే దానితో సరిపోలదు. అందువల్ల, ఈ IR కాంతిని ఫిల్టర్ చేయాలి, అంటే ఈ తరంగదైర్ఘ్యాలను ఉపయోగించే ఇమేజింగ్ అప్లికేషన్ల కోసం కలర్ కెమెరాలను ఉపయోగించలేము.
కలర్ కెమెరాలు ఎలా పని చేస్తాయి?

ఒక సాధారణ కలర్ కెమెరా క్వాంటం సామర్థ్య వక్రరేఖకు ఉదాహరణ
గమనిక: ఎరుపు, నీలం మరియు ఆకుపచ్చ ఫిల్టర్ ఉన్న పిక్సెల్ల కోసం విడిగా చూపబడిన క్వాంటం సామర్థ్యం యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం ఆధారపడటం. కలర్ ఫిల్టర్లు లేకుండా అదే సెన్సార్ యొక్క క్వాంటం సామర్థ్యం కూడా చూపబడింది. కలర్ ఫిల్టర్లను జోడించడం వల్ల క్వాంటం సామర్థ్యం గణనీయంగా తగ్గుతుంది.
ఒక శాస్త్రీయ రంగు కెమెరా యొక్క ప్రధాన అంశం దాని ఇమేజ్ సెన్సార్, సాధారణంగా ఒకCMOS కెమెరా or sCMOS కెమెరా(శాస్త్రీయ CMOS), బేయర్ ఫిల్టర్తో అమర్చబడింది. ఫోటాన్ క్యాప్చర్ నుండి ఇమేజ్ అవుట్పుట్ వరకు వర్క్ఫ్లో అనేక కీలక దశలను కలిగి ఉంటుంది:
1. ఫోటాన్ డిటెక్షన్: కాంతి లెన్స్లోకి ప్రవేశించి సెన్సార్ను తాకుతుంది. ప్రతి పిక్సెల్ అది మోసుకెళ్ళే కలర్ ఫిల్టర్ ఆధారంగా ఒక నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యానికి సున్నితంగా ఉంటుంది.
2. చార్జ్ కన్వర్షన్: ఫోటాన్లు ప్రతి పిక్సెల్ కింద ఉన్న ఫోటోడయోడ్లో విద్యుత్ చార్జ్ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
3. రీడౌట్ & యాంప్లిఫికేషన్: ఛార్జీలు వోల్టేజ్లుగా మార్చబడతాయి, వరుస తర్వాత వరుసను చదవబడతాయి మరియు అనలాగ్-టు-డిజిటల్ కన్వర్టర్ల ద్వారా డిజిటలైజ్ చేయబడతాయి.
4. రంగు పునర్నిర్మాణం: కెమెరా యొక్క ఆన్బోర్డ్ ప్రాసెసర్ లేదా బాహ్య సాఫ్ట్వేర్ డెమోసైసింగ్ అల్గారిథమ్లను ఉపయోగించి ఫిల్టర్ చేసిన డేటా నుండి పూర్తి-రంగు చిత్రాన్ని ఇంటర్పోలేట్ చేస్తుంది.
5. ఇమేజ్ కరెక్షన్: ఖచ్చితమైన, నమ్మదగిన అవుట్పుట్ను నిర్ధారించడానికి ఫ్లాట్-ఫీల్డ్ కరెక్షన్, వైట్ బ్యాలెన్స్ మరియు నాయిస్ రిడక్షన్ వంటి పోస్ట్-ప్రాసెసింగ్ దశలు వర్తించబడతాయి.
కలర్ కెమెరా పనితీరు దాని సెన్సార్ టెక్నాలజీపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటుంది. ఆధునిక CMOS కెమెరా సెన్సార్లు వేగవంతమైన ఫ్రేమ్ రేట్లు మరియు తక్కువ శబ్దాన్ని అందిస్తాయి, అయితే sCMOS సెన్సార్లు తక్కువ-కాంతి సున్నితత్వం మరియు విస్తృత డైనమిక్ పరిధి కోసం ఆప్టిమైజ్ చేయబడ్డాయి, ఇవి శాస్త్రీయ పనికి కీలకమైనవి. ఈ ప్రాథమిక అంశాలు కలర్ మరియు మోనోక్రోమ్ కెమెరాలను పోల్చడానికి వేదికను ఏర్పాటు చేశాయి.
కలర్ కెమెరాలు vs. మోనోక్రోమ్ కెమెరాలు: కీలక తేడాలు

తక్కువ కాంతి పని కోసం రంగు మరియు మోనోక్రోమ్ కెమెరా చిత్రాల మధ్య పోలిక
గమనిక: రంగు కెమెరా (ఎడమ) మరియు మోనోక్రోమ్ కెమెరా (కుడి) ద్వారా గుర్తించబడిన ఎరుపు తరంగదైర్ఘ్యం ఉద్గారంతో ఫ్లోరోసెంట్ చిత్రం, ఇతర కెమెరా స్పెసిఫికేషన్లు అలాగే ఉన్నాయి. రంగు చిత్రం గణనీయంగా తక్కువ సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తి మరియు రిజల్యూషన్ను చూపుతుంది.
కలర్ మరియు మోనోక్రోమ్ కెమెరాలు రెండూ అనేక భాగాలను పంచుకున్నప్పటికీ, పనితీరు మరియు వినియోగ సందర్భాలలో వాటి తేడాలు గణనీయంగా ఉన్నాయి. ఇక్కడ ఒక చిన్న పోలిక ఉంది:
ఫీచర్ | కలర్ కెమెరా | మోనోక్రోమ్ కెమెరా |
సెన్సార్ రకం | బేయర్-ఫిల్టర్ చేసిన CMOS/sCMOS | ఫిల్టర్ చేయని CMOS/sCMOS |
కాంతి సున్నితత్వం | తక్కువ (రంగు ఫిల్టర్లు కాంతిని నిరోధించడం వల్ల) | ఎక్కువ (ఫిల్టర్లకు కాంతి తగ్గదు) |
ప్రాదేశిక స్పష్టత | తక్కువ ప్రభావవంతమైన రిజల్యూషన్ (డీమోసైసింగ్) | పూర్తి నేటివ్ రిజల్యూషన్ |
ఆదర్శ అనువర్తనాలు | బ్రైట్ఫీల్డ్ మైక్రోస్కోపీ, హిస్టాలజీ, మెటీరియల్స్ తనిఖీ | ఫ్లోరోసెన్స్, తక్కువ-కాంతి ఇమేజింగ్, అధిక-ఖచ్చితత్వ కొలతలు |
రంగు డేటా | పూర్తి RGB సమాచారాన్ని సంగ్రహిస్తుంది | గ్రేస్కేల్ను మాత్రమే సంగ్రహిస్తుంది |
సంక్షిప్తంగా చెప్పాలంటే, వివరణ లేదా విశ్లేషణకు రంగు ముఖ్యమైనప్పుడు కలర్ కెమెరాలు ఉత్తమంగా ఉంటాయి, అయితే మోనోక్రోమ్ కెమెరాలు సున్నితత్వం మరియు ఖచ్చితత్వానికి అనువైనవి.
శాస్త్రీయ అనువర్తనాల్లో కలర్ కెమెరాలు రాణిస్తున్న చోట
వాటి పరిమితులు ఉన్నప్పటికీ, రంగుల వ్యత్యాసం కీలకమైన అనేక ప్రత్యేక రంగాలలో కలర్ కెమెరాలు మెరుగ్గా పనిచేస్తాయి. అవి ఎక్కడ ప్రకాశిస్తాయో కొన్ని ఉదాహరణలు క్రింద ఉన్నాయి:
లైఫ్ సైన్సెస్ మరియు మైక్రోస్కోపీ
కలర్ కెమెరాలను సాధారణంగా బ్రైట్ఫీల్డ్ మైక్రోస్కోపీలో, ముఖ్యంగా హిస్టోలాజికల్ విశ్లేషణలో ఉపయోగిస్తారు. H&E లేదా గ్రామ్ స్టెయినింగ్ వంటి స్టెయినింగ్ పద్ధతులు RGB ఇమేజింగ్తో మాత్రమే అర్థం చేసుకోగల రంగు-ఆధారిత కాంట్రాస్ట్ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. బోధన లేదా రోగనిర్ధారణ ఉపయోగం కోసం జీవ నమూనాల వాస్తవిక చిత్రాలను సంగ్రహించడానికి విద్యా ప్రయోగశాలలు మరియు పాథాలజీ విభాగాలు కూడా కలర్ కెమెరాలపై ఆధారపడతాయి.
మెటీరియల్స్ సైన్స్ మరియు సర్ఫేస్ అనాలిసిస్
పదార్థాల పరిశోధనలో, తుప్పు, ఆక్సీకరణ, పూతలు మరియు పదార్థ సరిహద్దులను గుర్తించడానికి రంగు ఇమేజింగ్ విలువైనది. ఉపరితల ముగింపులో సూక్ష్మ వైవిధ్యాలను లేదా మోనోక్రోమ్ ఇమేజింగ్లో కనిపించని లోపాలను గుర్తించడంలో రంగు కెమెరాలు సహాయపడతాయి. ఉదాహరణకు, మిశ్రమ పదార్థాలను లేదా ప్రింటెడ్ సర్క్యూట్ బోర్డులను మూల్యాంకనం చేయడానికి తరచుగా ఖచ్చితమైన రంగు ప్రాతినిధ్యం అవసరం.
మెషిన్ విజన్ మరియు ఆటోమేషన్
ఆటోమేటెడ్ తనిఖీ వ్యవస్థలలో, వస్తువుల క్రమబద్ధీకరణ, లోప గుర్తింపు మరియు లేబులింగ్ ధృవీకరణ కోసం రంగు కెమెరాలను ఉపయోగిస్తారు. అవి యంత్ర దృష్టి అల్గోరిథంలు రంగు సంకేతాల ఆధారంగా భాగాలు లేదా ఉత్పత్తులను వర్గీకరించడానికి అనుమతిస్తాయి, తయారీలో ఆటోమేషన్ ఖచ్చితత్వాన్ని పెంచుతాయి.
విద్య, డాక్యుమెంటేషన్ మరియు ఔట్రీచ్
శాస్త్రీయ సంస్థలు తరచుగా ప్రచురణలు, గ్రాంట్ ప్రతిపాదనలు మరియు అవుట్రీచ్ కోసం అధిక-నాణ్యత గల రంగు చిత్రాలను కోరుతాయి. ఒక రంగు చిత్రం శాస్త్రీయ డేటా యొక్క మరింత స్పష్టమైన మరియు దృశ్యపరంగా ఆకర్షణీయమైన ప్రాతినిధ్యాన్ని అందిస్తుంది, ముఖ్యంగా ఇంటర్ డిసిప్లినరీ కమ్యూనికేషన్ లేదా ప్రజా నిశ్చితార్థం కోసం.
తుది ఆలోచనలు
ఆధునిక ఇమేజింగ్ వర్క్ఫ్లోలలో కలర్ సైంటిఫిక్ కెమెరాలు ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి, ఇక్కడ కలర్ డిఫరెన్సియేషన్ ముఖ్యం. సెన్సిటివిటీ లేదా ముడి రిజల్యూషన్లో అవి మోనోక్రోమ్ కెమెరాలతో సరిపోలకపోవచ్చు, సహజమైన, అర్థమయ్యే చిత్రాలను అందించగల వాటి సామర్థ్యం వాటిని లైఫ్ సైన్సెస్ నుండి ఇండస్ట్రియల్ ఇన్స్పెక్షన్ వరకు రంగాలలో అనివార్యమైనదిగా చేస్తుంది.
రంగు మరియు మోనోక్రోమ్ మధ్య ఎంచుకునేటప్పుడు, మీ ఇమేజింగ్ లక్ష్యాలను పరిగణించండి. మీ అప్లికేషన్కు తక్కువ-కాంతి పనితీరు, అధిక సున్నితత్వం లేదా ఫ్లోరోసెన్స్ గుర్తింపు అవసరమైతే, మోనోక్రోమ్ సైంటిఫిక్ కెమెరా మీకు ఉత్తమ ఎంపిక కావచ్చు. కానీ బ్రైట్ఫీల్డ్ ఇమేజింగ్, మెటీరియల్ విశ్లేషణ లేదా కలర్-కోడెడ్ సమాచారంతో కూడిన ఏదైనా పనికి, కలర్ సొల్యూషన్ అనువైనది కావచ్చు.
శాస్త్రీయ పరిశోధన కోసం అధునాతన కలర్ ఇమేజింగ్ వ్యవస్థలను అన్వేషించడానికి, మీ అవసరాలకు అనుగుణంగా రూపొందించబడిన మా అధిక-పనితీరు గల CMOS కెమెరాలు మరియు sCMOS మోడళ్ల పూర్తి శ్రేణిని బ్రౌజ్ చేయండి.
టక్సెన్ ఫోటోనిక్స్ కో., లిమిటెడ్. అన్ని హక్కులూ ప్రత్యేకించుకోవడమైనది. ఉదహరించేటప్పుడు, దయచేసి మూలాన్ని గుర్తించండి:www.టక్సెన్.కామ్