カラーマシンビジョンシステムを選択する上での検討項目

JAI-Color-Area-Scan-Cameras-for-Machine-Vision

カラーマシンビジョンシステムを設計する際、数多くの選択肢から貴社の用途に最適なものを選ばなくてはなりません。まずは、エリアスキャンカメラとラインスキャンカメラのどちらかを選ぶ必要があります。次に選択したカメラに基づいて、カメラ方式を検討します。ベイヤー式、トライリニア式、プリズム分光式の3つの選択肢があります。

本ブログは、カラーマシンビジョンシステムの開発にあたり検討が必要な4つの項目について、3部構成で解説しています。このPart 2では、2つ目の項目について解説しています。そのほかの検討項目について解説しているパートも必ずお読みください。

カラーアーチファクト

カラーアーチファクトとはいわば画像の欠陥部分であり、多くの場合、被写体とは異なる色の画素や、一定のパターンとして現われます。発生の原因は画像のカラー情報の生成方法にあり、色の計算に推定や補間処理を利用しているカメラでは、カラーアーチファクトがきわめて現われやすくなります。

ただし、R、G、Bの値が個別に生成される（補間処理が不要な）トライリニア式のカメラであっても、キーストーン効果や凹凸のある表面、わずかなタイミングの差に起因する空間オフセットによって、カラーアーチファクトが現われる可能性があります。プリズム分光式のカメラは、3枚のセンサを搭載し、単一光軸を使用して画像を捉えるため、カラーアーチファクトが現われる可能性はきわめて低くなります。ごく一般的なカラーアーチファクトには、以下のタイプがあります。

カラーエイリアシング:
カラーエイリアシングとは、被写体中の線や輪郭、多くは濃い青などの場合ですが、そのような線や輪郭が別の色、偽色となって現れることです。画像を画素が見えるまで拡大してみると、輪郭に沿った画素が赤みや黄みを帯びたりしていることがわかります。

この問題が生じやすいのは、ベイヤー式のカメラです。各画素にRGB値を割り当てるために使用される補間演算によって、線や輪郭自体の色とはまったく異なる色の周囲の画素が混合して利用されるからです。

モアレパターン
画像に細かい繰り返しパターンが含まれている場合、エイリアシングが広範囲に渡ると、輪郭や線を取り込む際に生じた偽色はモアレパターンとなって現れることがあります。この現象は、高い空間周波数を捉える必要のあるすべてのカメラで起きる可能性がありますが、ベイヤー式カメラでは、補間技術が原因となり、きわめて生じやすくなります。

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。

解像度への影響

カラーマシンビジョンシステムでは、モノクロシステムの場合と比べて、必要な解像度を決める際に細心の注意が必要です。その理由は、ベイヤー補間などのカラー技術によって、カメラの実質的な解像度が大幅に低下することにあるからです。ベイヤー式カメラの解像度が500万画素である場合でも、補間のプロセスによって細部の情報の多くが「平均化」され、実質的な解像度は総画素数の1/3から1/2になります。

貴社の装置用途で検出または解析しなければならない対象物の最小サイズと、カバーする必要のある視野の範囲（FOV＝Field Of View）に応じて、2つの方向性が考えられます。

同様のモノクロシステムで考慮する場合よりも高画素のベイヤー式カメラを選択する。
当然ながら、価格は高くなり、より高価な光学部品が必要になる上、ホストコンピュータの処理負荷が増大します。
モノクロシステムで考慮する場合とほぼ同じ画素数を備えたプリズム分光式のカメラを選択する。
320万画素のプリズム分光式カメラには、3枚の画像センサが搭載されていますので、実際には320万画素カメラが3台、合計960万画素に匹敵します。したがって、ベイヤー式カメラのような空間解像度の低下を伴うことなく、24bit、320万画素の出力画像を生成できます。ご存知のように、プリズム分光式カメラはベイヤー式カメラと比べて高価格です。しかしながら、900万画素のベイヤー式カメラを使用することによって発生するすべてのコストを総合的に比較すると、その差はほとんどない場合もあるでしょう。

上記の情報は、エリアスキャンの解像度に限られます。ラインスキャンシステムの場合、トライリニア式とプリズム分光式は補間処理を利用しないため、どちらの方式であっても、有効解像度に大幅な低下はありません。ただし、前述で取り上げたカラーアーチファクトやカラークロストークなどのいくつかの課題が原因となり、トライリニア式カメラでも、光軸面が単一のプリズム分光式カメラのように微細な部分を正確に判別する性能に影響が生じる可能性があります。

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…
貴社の装置用途に最適なカメラが必ず見つかります。ぜひJAIにお手伝いさせてください。JAIのカメラコンサルタントがいつでもご相談を承ります。