RGB, YUV, बेयर: पिक्सेल प्रारूपों के बीच वास्तविक अंतर क्या है?

आज, चलिए औद्योगिक कैमरों के एक महत्वपूर्ण पैरामीटर – पिक्सेल प्रारूप के बारे में बात करते हैं।

1. पिक्सेल प्रारूप क्या है?

पिक्सेल प्रारूप का अर्थ कैमरा द्वारा छवि कैप्चर करते समय प्रत्येक पिक्सेल के भंडारण विधि और डेटा संगठन संरचना से है। औद्योगिक कैमरे कई पिक्सेल प्रारूपों का समर्थन करते हैं, जिससे उपयोगकर्ता अपनी आवश्यकताओं के आधार पर उपयुक्त प्रारूप चुन सकते हैं। सामान्य पिक्सेल प्रारूपों में शामिल हैं: मोनो, बेयर, RGB, YUV, इत्यादि।

2. सामान्य पिक्सेल प्रारूप

(1) मोनो प्रारूप

मोनो प्रारूप, या मोनोक्रोम मोड, आमतौर पर ग्रेस्केल छवि अधिग्रहण के लिए उपयोग किया जाता है। इस प्रारूप में, प्रत्येक पिक्सेल में केवल प्रदीप्ति (चमक) की जानकारी होती है और कोई रंग जानकारी नहीं होती। उदाहरण के लिए, मोनो 10 का अर्थ है कि प्रत्येक पिक्सेल को 10 बिट्स का उपयोग करके संग्रहीत किया जाता है।

(2) बेयर प्रारूप

रंगीन छवि अधिग्रहण के लिए बेयर प्रारूप का उपयोग किया जाता है और इसमें रंग फ़िल्टर ऐरे (CFA) का प्रयोग होता है। प्रत्येक पिक्सेल में लाल, हरे और नीले रंगों के लिए जानकारी होती है, लेकिन आमतौर पर, प्रत्येक पिक्सेल केवल इनमें से एक रंग के मान को ही रिकॉर्ड कर सकता है। शेष रंग मान पड़ोसी पिक्सेल्स के मानों के अंतर्वेशन द्वारा प्राप्त किए जाते हैं।

बेयर प्रारूप में कई अलग-अलग व्यवस्था पैटर्न होते हैं, उदाहरण के लिए:

• RG, GB (आमतौर पर RGGB पैटर्न के रूप में जाना जाता है, जो सम संख्या वाली पंक्तियों के लिए रंग चैनलों को दर्शाता है)

• BG, GR (आमतौर पर BGGR पैटर्न के रूप में जाना जाता है, जो एक अन्य सामान्य स्कैनिंग क्रम है)

(3) RGB प्रारूप

RGB प्रारूप में तीन चैनल होते हैं, जो क्रमशः लाल, हरे और नीले रंग के लिए चमक सूचना रिकॉर्ड करते हैं। प्रत्येक पिक्सेल में तीनों रंगों के लिए सूचना होती है। RGB प्रारूप में, प्रत्येक पिक्सेल को R, G और B के अनुरूप तीन मानों द्वारा दर्शाया जाता है।

(4) YUV प्रारूप

YUV प्रारूप वीडियो प्रसंस्करण में उपयोग होने वाला एक पिक्सेल प्रारूप है। इसमें छवि की सूचना को चमक (Y) और रंग तीव्रता (U, V) घटकों में अलग किया जाता है। Y चमक (चमक/शेड्स ऑफ ग्रे) को दर्शाता है, जबकि U और V रंग तीव्रता (रंग की सूचना) को दर्शाते हैं। मानव आंख रंग तीव्रता परिवर्तन की तुलना में चमक परिवर्तन के प्रति अधिक संवेदनशील होती है, इसलिए YUV प्रारूप का उपयोग अक्सर वीडियो संपीड़न के लिए किया जाता है।

सामान्य YUV प्रारूपों में शामिल हैं:

• YUV 4:2:2

• YUV 4:4:4

• YUV 4:2:0

ये प्रारूप विभिन्न क्रोमा सबसैम्पलिंग विधियों को संदर्भित करते हैं। आम तौर पर, छोटी संख्या (जैसे 4:2:0 में 4:4:4 की तुलना में) का अर्थ है कम रंग तीव्रता सूचना और परिणामी फ़ाइल आकार में कमी।

3. पिक्सेल प्रारूप और पैकिंग

पिक्सेल स्वरूपों पर चर्चा करते समय, "पैक्ड" स्वरूप की अवधारणा कभी-कभी आती है। भंडारण स्थान और बैंडविड्थ बचाने के लिए पैकिंग का उपयोग किया जाता है। एक अनपैक्ड स्वरूप में, पिक्सेल डेटा अक्सर मानक सीमाओं (जैसे 16 बिट) के अनुरूप एक बड़े मेमोरी स्थान में संग्रहीत होता है। भंडारण को अनुकूलित करने के लिए, डेटा को इसकी वास्तविक बिट गहराई के अधिक निकट एक छोटे मेमोरी स्थान में पैक किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए:

• मोनो 10 का तात्पर्य एक अनपैक्ड स्वरूप से हो सकता है जहाँ 10-बिट डेटा 16-बिट स्थान घेरता है, जिससे 6 बिट्स व्यर्थ हो जाते हैं।

• मोनो 10 पैक्ड 10-बिट डेटा को अधिक कुशलता से संग्रहीत करेगा, उदाहरण के लिए, एक बाइट अनुक्रम में कई 10-बिट पिक्सेल्स को पैक करना (जैसे 5 बाइट्स में 4 पिक्सेल्स), जिससे भंडारण स्थान और संचरण बैंडविड्थ बचता है। विशिष्ट पैकिंग विधि भिन्न हो सकती है।

4. विभिन्न पिक्सेल स्वरूपों की विशेषताएँ  

(1) मोनोक्रोम कैमरे: मोनो स्वरूप

एकल रंग कैमरों से अप्रसंस्कृत डेटा आमतौर पर मोनो प्रारूप में होता है, जिसमें केवल ग्रेस्केल जानकारी होती है। चूंकि इसमें कोई रंग संबंधी जानकारी नहीं होती, इसलिए छवि डेटा की मात्रा अपेक्षाकृत कम होती है, जिससे भंडारण और संचरण दक्षता अधिक होती है।

(2) रंगीन कैमरे: बेयर प्रारूप

रंगीन कैमरों से अप्रसंस्कृत डेटा आमतौर पर बेयर प्रारूप का उपयोग करता है। यह प्रारूप छवि सेंसर पर विभिन्न रंग फ़िल्टर (लाल, हरा, नीला) का उपयोग करके छवियों को कैप्चर करता है। बेयर प्रारूप के लिए डेटा मात्रा पूर्ण RGB की तुलना में छोटी होती है, लेकिन चूंकि रंग जानकारी की गणना इंटरपोलेशन के माध्यम से (डीबेयरिंग/डेमोज़ाइकिंग) की जाती है, रंग संकल्प और संभावित आभासी त्रुटियों के मामले में छवि गुणवत्ता वास्तविक RGB की तुलना में थोड़ी कम हो सकती है।

(3) RGB प्रारूप

RGB प्रारूप उच्च गुणवत्ता वाले रंगीन छवि अधिग्रहण के लिए उपयुक्त है। प्रत्येक पिक्सेल में तीनों RGB चैनलों के लिए डेटा होता है, जिससे रंग अधिक समृद्ध होते हैं। यह उन परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है जिनमें सूक्ष्म रंग प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। हालाँकि, RGB प्रारूप के लिए डेटा मात्रा बड़ी होती है।

(4) YUV प्रारूप

YUV प्रारूप का उपयोग वीडियो सिग्नल प्रसंस्करण के लिए किया जाता है। यह प्रकाशमानता (luminance) और रंग तीव्रता (chrominance) की जानकारी को अलग करके डेटा की मात्रा को कम करता है। चूंकि प्रकाशमानता घटक (Y) मुख्य भाग होता है और मानव आंख इसके प्रति अधिक संवेदनशील होती है, इसलिए रंग तीव्रता घटकों (U, V) को सबसैम्पल (संकल्प में कमी) किया जा सकता है, जिससे प्रभावी छवि डेटा संपीड़न संभव होता है। इसका उपयोग आमतौर पर वीडियो संचरण और भंडारण के लिए किया जाता है।

5. पिक्सेल प्रारूपों के बीच अंतर

(1) प्रति पिक्सेल मान:

• मोनो प्रारूप: प्रत्येक पिक्सेल में केवल एक शेड्स ऑफ ग्रे मान होता है।

• बेयर प्रारूप: प्रत्येक पिक्सेल केवल एक रंग (R, G, या B) के लिए मान रिकॉर्ड करता है; अन्य रंग मानों को पड़ोसी पिक्सेल से इंटरपोलेट किया जाता है।

• RGB प्रारूप: प्रत्येक पिक्सेल में R, G, और B मान होते हैं।

• YUV प्रारूप: छवि को Y (प्रकाशमानता) और U, V (रंग तीव्रता) घटकों में अलग करता है।

(2) प्रति फ्रेम डेटा आकार:

• मोनो प्रारूप: आमतौर पर प्रति पिक्सेल 8, 10, 12, या 16 बिट्स।

• बेयर प्रारूप: RGB की तुलना में आमतौर पर कच्चे डेटा का आकार छोटा होता है, अक्सर 8, 10, या 12 बिट्स प्रति पिक्सेल (डीबेयरिंग से पहले)।

• RGB प्रारूप: अधिक स्थान घेरता है, आमतौर पर प्रति पिक्सेल 24 बिट (प्रति चैनल 8 बिट x 3 चैनल), जिसे अक्सर RGB8 के रूप में दर्शाया जाता है।

• YUV प्रारूप: आकार नमूनाकरण पर निर्भर करता है (उदाहरण के लिए, YUV422 औसतन अक्सर प्रति पिक्सेल 16 बिट का उपयोग करता है, YUV420 औसतन प्रति पिक्सेल 12 बिट का उपयोग करता है)।

(3) फ्रेम दर में अंतर:

विभिन्न डेटा आयतन के कारण, पिक्सेल प्रारूपों के बीच प्राप्त फ्रेम दर में भिन्नता होती है। आम तौर पर, बेयर प्रारूप उच्च फ्रेम दर प्राप्त कर सकता है क्योंकि इसका कच्चा डेटा आउटपुट छोटा होता है। RGB प्रारूप आमतौर पर कम फ्रेम दर का परिणाम देता है क्योंकि इसका डेटा आकार बड़ा होता है। YUV प्रारूप की फ्रेम दर आमतौर पर बेयर और RGB के बीच होती है, जो सबसैम्पलिंग पर निर्भर करती है।

(4) इमेजिंग गुणवत्ता में अंतर:  

रंगीन कैमरों के लिए, बेयर प्रारूप की छवियों में थोड़ी कम प्रभावी रंग संकल्प और संभावित रंग दोष (जैसे मॉयरे) हो सकते हैं क्योंकि रंगों का अंतर्वेशन किया जाता है।

RGB प्रारूप पिक्सेल स्तर पर अधिक सटीक और समृद्ध रंग प्रदान करता है, क्योंकि रंग के लिए कोई अंतर्वेशन की आवश्यकता नहीं होती है।

YUV प्रारूप में रंग संतृप्ति RGB के समान हो सकती है, लेकिन चमक और रंग विभाजन इसे कई छवि प्रसंस्करण और संपीड़न कार्यों के लिए अधिक कुशल बनाता है।

6. पिक्सेल प्रारूप कैसे सेट करें

पिक्सेल प्रारूप सेट करने से पहले, कैमरा के छवि अधिग्रहण स्ट्रीम को रोकना आवश्यक है। फिर, कैमरा नियंत्रण सॉफ्टवेयर का उपयोग करके या कैमरा के प्रॉपर्टी ट्री (उदाहरण के लिए, GenICam के माध्यम से) तक पहुंचकर, पिक्सेल प्रारूप सेटिंग के तहत वांछित पिक्सेल प्रारूप का चयन करें। प्रारूप बदलने के बाद, अधिग्रहण स्ट्रीम को पुनः आरंभ किया जा सकता है।