RGB, YUV, Bayer: Apa Perbedaan Sebenarnya Antara Format Piksel?

Hari ini, mari kita bahas tentang parameter penting kamera industri – Format Piksel.

1. Apa itu Format Piksel?

Format Piksel mengacu pada metode penyimpanan dan struktur organisasi data dari setiap piksel saat kamera menangkap gambar. Kamera industri mendukung berbagai format piksel, memungkinkan pengguna memilih format yang sesuai dengan kebutuhan mereka. Format piksel yang umum meliputi: Mono, Bayer, RGB, YUV, dll.

2. Format Piksel Umum

(1) Format Mono

Format Mono, atau mode monokrom, biasanya digunakan untuk akuisisi gambar skala abu-abu. Dalam format ini, setiap piksel hanya berisi informasi luminansi (kecerahan) tanpa informasi warna. Sebagai contoh, Mono 10 berarti setiap piksel disimpan menggunakan 10 bit.

(2) Format Bayer

Format Bayer digunakan untuk akuisisi gambar berwarna dan menggunakan Color Filter Array (CFA). Setiap piksel berisi informasi untuk warna merah, hijau, dan biru, tetapi biasanya setiap piksel hanya dapat merekam nilai untuk salah satu dari warna tersebut. Nilai warna yang tersisa diperoleh dengan menginterpolasi nilai-nilai dari piksel-piksel tetangga.

Format Bayer memiliki beberapa pola penyusunan yang berbeda, misalnya:

• RG, GB (Biasanya disebut sebagai pola RGGB, menunjukkan saluran warna untuk baris bernomor genap)

• BG, GR (Biasanya disebut sebagai pola BGGR, urutan pemindaian lain yang umum)

(3) Format RGB

Format RGB memiliki tiga saluran, yang masing-masing merekam informasi luminansi untuk Merah, Hijau, dan Biru. Setiap piksel berisi informasi untuk ketiga warna tersebut. Dalam format RGB, setiap piksel direpresentasikan oleh tiga nilai yang sesuai dengan R, G, dan B.

(4) Format YUV

Format YUV adalah format piksel yang umum digunakan dalam pemrosesan video. Format ini memisahkan informasi gambar menjadi komponen Luminance (Y) dan Chrominance (U, V). Y mewakili luminance (kecerahan/skala keabuan), sedangkan U dan V mewakili chrominance (informasi warna). Format YUV sering digunakan untuk kompresi video karena mata manusia lebih peka terhadap perubahan luminance dibandingkan perubahan chrominance.

Format YUV yang umum meliputi:

• YUV 4:2:2

• YUV 4:4:4

• YUV 4:2:0

Format-format ini mengacu pada metode subsampling chroma yang berbeda. Secara umum, angka yang lebih kecil (seperti pada 4:2:0 dibandingkan 4:4:4) berarti informasi chrominance lebih sedikit dan ukuran file hasilnya lebih kecil.

3. Format Piksel dan Pengemasan

Saat membahas format piksel, konsep format "Packed" terkadang muncul. Pengemasan digunakan untuk menghemat ruang penyimpanan dan bandwidth. Dalam format yang tidak dikemas, data piksel sering disimpan dalam ruang memori yang lebih besar dan disejajarkan dengan batas standar (seperti 16 bit). Untuk mengoptimalkan penyimpanan, data dapat dikemas ke dalam ruang memori yang lebih kecil yang lebih sesuai dengan kedalaman bit aktualnya.

Misalnya:

• Mono 10 bisa mengindikasikan format yang tidak dikemas di mana data 10-bit menempati ruang 16-bit, sehingga menyia-nyiakan 6 bit.

• Mono 10 Packed akan menyimpan data 10-bit secara lebih efisien, misalnya dengan mengemas beberapa piksel 10-bit ke dalam urutan byte (seperti 4 piksel dalam 5 byte), sehingga menghemat ruang penyimpanan dan bandwidth transmisi. Metode pengemasan tertentu dapat bervariasi.

4. Karakteristik Format Piksel yang Berbeda  

(1) Kamera Monokrom: Format Mono

Data mentah dari kamera monokrom biasanya dalam format Mono, yang hanya berisi informasi skala abu-abu. Karena tidak ada informasi warna, volume data gambar relatif kecil, sehingga efisiensi penyimpanan dan transmisi lebih tinggi.

(2) Kamera Warna: Format Bayer

Data mentah dari kamera warna biasanya menggunakan format Bayer. Format ini menangkap gambar dengan menggunakan filter warna berbeda (Merah, Hijau, Biru) pada sensor gambar. Volume data untuk format Bayer lebih kecil dibandingkan RGB penuh, tetapi karena informasi warna dihitung melalui interpolasi (debayering/demosaicing), kualitas gambar bisa sedikit lebih rendah dibandingkan RGB sejati dalam hal resolusi warna dan potensi artefak.

(3) Format RGB

Format RGB cocok untuk akuisisi gambar warna berkualitas tinggi. Setiap piksel berisi data untuk ketiga saluran RGB, menghasilkan warna yang lebih kaya. Format ini cocok untuk skenario yang membutuhkan pemrosesan warna halus. Namun, volume data untuk format RGB cukup besar.

(4) Format YUV

Format YUV digunakan untuk pemrosesan sinyal video. Format ini mengurangi volume data dengan memisahkan informasi luminance dan chrominance. Karena komponen luminance (Y) merupakan bagian utama dan mata manusia lebih sensitif terhadapnya, komponen chrominance (U, V) dapat disubsampel (dikurangi resolusinya), sehingga memungkinkan kompresi data gambar yang efektif. Format ini umum digunakan untuk transmisi dan penyimpanan video.

5. Perbedaan Antara Format Piksel

(1) Nilai per Piksel:

• Format Mono: Setiap piksel hanya berisi nilai grayscale.

• Format Bayer: Setiap piksel mencatat nilai untuk satu warna saja (R, G, atau B); nilai warna lainnya diinterpolasi dari piksel sekitarnya.

• Format RGB: Setiap piksel berisi nilai R, G, dan B.

• Format YUV: Memisahkan gambar menjadi komponen Y (luminance) dan U, V (chrominance).

(2) Ukuran Data per Frame:

• Format Mono: Umumnya 8, 10, 12, atau 16 bit per piksel.

• Format Bayer: Umumnya memiliki ukuran data mentah yang lebih kecil dibandingkan RGB, sering kali 8, 10, atau 12 bit per piksel (sebelum proses debayering).

• Format RGB: Memakan lebih banyak ruang, umumnya 24 bit per piksel (8 bit per saluran x 3 saluran), sering disebut sebagai RGB8.

• Format YUV: Ukuran bervariasi tergantung pada pengambilan sampel (misalnya, YUV422 biasanya menggunakan rata-rata 16 bit per piksel, YUV420 menggunakan rata-rata 12 bit per piksel).

(3) Perbedaan Frame Rate:

Karena volume data yang berbeda, frame rate yang dapat dicapai bervariasi antar format piksel. Secara umum, format Bayer dapat mencapai frame rate yang lebih tinggi karena output data mentahnya lebih kecil. Format RGB biasanya menghasilkan frame rate yang lebih rendah karena ukuran datanya yang lebih besar. Frame rate format YUV umumnya berada di antara Bayer dan RGB, tergantung pada subsampling.

(4) Perbedaan Kualitas Gambar:  

Untuk kamera warna, gambar format Bayer dapat memiliki resolusi warna efektif yang sedikit lebih rendah dan potensi artefak warna (seperti moiré) karena warna diinterpolasi.

Format RGB memberikan warna yang lebih akurat dan kaya secara langsung pada level piksel, karena tidak diperlukan interpolasi untuk warna.

Kecerahan warna dalam format YUV dapat mendekati RGB, tetapi pemisahan luminance dan chrominance membuatnya lebih efisien untuk berbagai tugas pemrosesan gambar dan kompresi.

6. Cara Mengatur Format Piksel

Sebelum mengatur format piksel, perlu menghentikan aliran akuisisi gambar kamera terlebih dahulu. Kemudian, dengan menggunakan perangkat lunak kontrol kamera atau mengakses pohon properti kamera (misalnya, melalui GenICam), pilih format piksel yang diinginkan pada pengaturan Pixel Format. Setelah mengubah format, aliran akuisisi dapat dijalankan kembali.