なぜベイヤー式カラーカメラではなく、3板式カラーカメラを使うべきなのか

ブリスターパックに適切な色の錠剤が入っているか、適切な色のワイヤが指定の位置に配線されているか、食品やプラスチック部品などが色によって適切に選別・分類されているかなどの検査には、カラーカメラを用いたマシンビジョンシステムが必要です。では、どのタイプのカメラが貴社の用途に最適でしょうか? ベイヤーカラーフィルタを採用したカメラには様々なタイプがあり、カラー画像を必要とするベーシックな用途向けに高品質な画像を提供しています。しかしながら、ベイヤー式カメラでは十分に対応できない用途も少なくありません。そこで、忠実な色再現性と色空間精度が要求される用途にお応えするのが、3板式プリズム分光カメラです。

貴社の用途に3板式プリズム分光カメラが必要かどうかを判断するために、本ブログでは、標準的なベイヤー式カメラと、CMOSセンサやCCDセンサを3枚搭載した高性能カラーカメラの違いについて解説します。

ベイヤー式カラーカメラ

ベイヤー式カメラでは、ある決まった配列のカラーフィルタを、カメラのセンサ上のピクセルに重ね合わせます。ある特定のピクセルのRGBカラーを計算するには、色補間という工程が欠かせません。この工程では、周囲のピクセルの色を調べて、対象のピクセルのフィルタが捉えていない2つの色の値を推定します。この場合に不都合なのは、色の値が平均化されてしまい、色合いの微妙な違いを区別するのが難しくなることです。また、赤、緑、青のフィルタそれぞれで、分光感度特性にかなりの重複が生じます。このため、色の系統によっては、どのような色になるのかがより不確定になり、カラー画像のくすみにつながります。 

3板式カラーカメラ

3板式カメラでは、ダイクロイックフィルタコーティングを施した高品質のプリズムが利用されます。プリズムは、入射する光を波長に基づいて3枚のセンサに振り分けます。精密に配置されたこれら3枚のセンサによって、画像に含まれているピクセルごとに、赤、緑、青の強度値を捉えます。この方式の場合、色補間は必要ありません。結果として得られるのは、より精度の高い一連のカラー値です。色の微妙な差異を、より簡単に検出し、測定することが可能になります。

さらに、プリズムに対して施されるダイクロイックコーティングはハードコートのため、分光感度曲線には、しきい値付近ではっきりとした変化が表れます。このため、色のクロストークが最小限に抑えられ、スペクトル全域にわたって、より鮮明な色が得られるのです。加えて、ダイクロイックプリズムフィルタは、ベイヤー式のフィルタよりも高い光透過率を持つため、3センサカメラの感度も、同グレードのベイヤー式カメラと比べて、一般的に高くなります。もう一つの大きな違いは、空間分解能の精度です。ベイヤー式カメラの場合、センサで捉えられる個々のセクションは3つ1組で平均化されて最終画像が生成されるため、空間分解能の精度は大幅に低下します。

貴社の装置用途に適したカラー画像処理向けカメラ選びに迷ったら…
ぜひ「Tech Guide: カラーイメージング」を参考にしていただき、貴社の装置用途に最適なカラー画像処理向けカメラを選択しましょう。

より多くの色を、より詳細に、卓越した柔軟性で実現するには

ベイヤー式カラーカメラの処理では、空間分解能は実質的に3分の1以下に低下します。その結果、シャープさが失われ、画像の細部を精密に捉えたり、測定したりすることができなくなる可能性があります。例えば、140万画素のベイヤー式カメラを使って梱包箱やパッケージを検査する場合、小さな印字やバーコードは、色補間の結果、読み取り不能となってしまいます。同じ設定で、140万画素の3板式カメラを使って比較してみましょう。より正確に色が保たれるだけでなく、画像の細部まで同じ水準で保たれます。バーコード認識やOCR、正確なエッジ検出・測定だけでなく、色検査を必須とする用途において、卓越した柔軟性が得られるのです。

もちろん、より高解像度のベイヤー式カメラを選んで、この問題を解決することもできないことではありません。しかしながら、解像度を上げるにつれて、製造コストが上がり、フレームレートが低下し、画像処理が遅くなり、より高価な光学部品が必要になります。また、たとえ実現したとしても、色の平均化とクロストークという問題が解決されるわけではありません。3板式のプリズム分光カメラなら、解像度を必要最小限に抑えてフレームレートを維持し、画像処理のオーバーヘッドを低減することができるのです。

貴社の装置用途に最適な選択肢は、目的のアプリケーションの色に対する要求がどのくらい高いかによって決まります。特に色に最重点におく用途では、ベイヤー式カメラと3板式プリズム分光式カメラの違いを比較検討することがより重要になるのです。


 

どちらのカメラが貴社のマシンビジョン用途に最適ですか?

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