RGB, YUV, Bayer: Пиксель форматтарынын айырмасы чынында эмне?

Бүгүн промышленный камералардын бир маанилүү параметри – Пиксель Форматы жөнүндө сүйлөшөлү.

1. Пиксель Форматы деген эмне?

Пиксель Форматы камера түшүрүүдө ар бир пикселдин сактоо ыкмасын жана маалыматтарды уюштуруу структурасын билдирет. Өнөр жай камералары көптөгөн пиксель форматтарын колдошот, ошондуктан колдонуучулар өздөрүнүн зарядына жараша тиешелүү форматты тандай алышат. Жөнөкөй пиксель форматтарына: Mono, Bayer, RGB, YUV жана башкалар кирет.

2. Кеңири таралган пиксель форматтары

(1) Моно форматы

Моно форматы же монокромдук режим, көбүнчө салмак түстүү сүрөттөрдү жыйноо үчүн колдонулат. Бул форматта ар бир пикселде жарыктык (яркость) маалыматы гана бар, ал эми түс маалыматы жок. Мисалы, Моно 10 деген сөз ар бир пикселдин 10 бит менен сакталышын билдирет.

(2) Байер форматы

Түстүү сүрөттөрдү жыйноо үчүн Байер форматы колдонулат жана Түс фильтрлүү массивди (CFA) колдонот. Ар бир пикселде кызыл, жашыл жана көк түстөрдүн маалыматтары бар, бирок көбүнчө ар бир пиксел бул түстөрдүн биринин гана маанисин жазуу үчүн мүмкүндүк берет. Калган түстүк маанилер чектеш пикселдердин маанилерин интерполяциялоо аркылуу алынат.

Байер форматында бир нече ар кандай жайгаштыруу үлгүлөрү бар, мисалы:

• RG, GB (Көбүнчө RGGB үлгүсү деп аталат жана жуп саптардын түстүк каналдарын көрсөтөт)

• BG, GR (Көбүнчө BGGR үлгүсү деп аталат, башка кеңири таралган сканердөө тартиби)

(3) RGB Форматы

RGB форматы үч каналдан турат, алар тиешелүүлүгүнө жараша Кызыл, Жашыл жана Көк үчүн жарык маалыматын жазат. Ар бир пиксел бардык үч түстүн маалыматын камтыйт. RGB форматында ар бир пиксел R, G жана B үчүн ылайык келген үч балан менен көрсөтүлөт.

(4) YUV Форматы

YUV форматы видеону иштетүүдө кеңири колдонулган пиксел форматы. Бул формат сүрөттүн маалыматын Жарык (Y) жана Түстүүлүк (U, V) компоненттерине бөлөт. Y жарыкты (аяздык/селең тууш) билдирет, ал эми U жана V түстүүлүктү (түс маалыматы) билдирет. YUV форматы видеоны басып чыгаруу үчүн көбүнчө колдонулат, анткени адам көзү түстүүлүк өзгөрүүлөргө караганда жарык өзгөрүүлөргө көбүрөөк сезимтал.

Жалпы YUV форматтары мындан турат:

• YUV 4:2:2

• YUV 4:4:4

• YUV 4:2:0

Бул форматтар ар кандай түстүүлүк үлгүлөрүн билдирет. Гап-лашканда, кичинекей сан (мисалы, 4:2:0 4:4:4 менен салыштырмалуу) азыраак түстүүлүк маалыматын жана кичинекей файл өлчөмүн билдирет.

3. Пиксел форматы жана жыйноо

Пиксел форматтарын талкуулаганда «Бутакталган» формат түшүнцөсү келип чыгат. Бутактоо сактоо мейкиндиги менен дубалдыкты сактоо үчүн колдонулат. Бутакталбаган форматта пиксел маалыматы көбүнчө стандарттык чек арада (мисалы, 16 бит) чоңдо болгон эске тайгандык менен сакталат. Сактоону оптималдаштыруу үчүн маалымат иш жүзүндөгү биттеринин чыныгы тереңдигин так ылайык келген кичине эстете бутакталышы мүмкүн.

Мисалы:

• Mono 10 - 10 биттик маалымат 16 биттик мейкиндикти ээлеп, 6 битти кыйналышы мүмкүн экендигин билдирет.

• Mono 10 Packed 10 биттик маалыматты тийешелүүлүгүн камсыз кылып, мисалы, бир нече 10 биттик пикселди байттардын катарына (мисалы, 4 пикселди 5 байтка) бутактап, сактоо мейкиндигин жана өткөрүү дубалдыгын утушат. Бутактоонун конкреттүү ыкмасы өзгөрүшү мүмкүн.

4. АР ТҮРЛҮҮ ПИКСЕЛ ФОРМАТТАРЫНЫН СИПАТТАМАЛАРЫ  

(1) Монохром камера: Моно формат

Монохромдук камералардан түшкөн башталгыч маалыматтар көбүнчө Моно форматында болот жана анда жаркыраңкылык маалыматы гана камтылат. Түс маалыматы жок болгондуктан, сүрөттүн маалымат көлөмү салыштырмалуу кичине, ал эми сактоо жана өткөрүп берүү эффективдүүлүгү жогору.

(2) Түстүү камералар: Байер форматы

Түстүү камералардан түшкөн башталгыч маалыматтар көбүнчө Байер форматын колдонот. Бул формат сүрөт датчиги үстүндө ар кандай түстүү фильтрлерди (Кызыл, Жашыл, Көк) колдонуп сүрөттөрдү тартуу менен иштейт. Байер форматы үчүн маалымат көлөмү толук RGBга караганда кичине, бирок түс маалыматы интерполяция аркылуу (debayering/demosaicing) эсептелгендиги үчүн, түстүү чечкичи жана мүмкүн болгон артефакттар жагынан сапаты чыныгы RGBга караганда бир аз төмөн болушу мүмкүн.

(3) RGB Форматы

RGB форматы жогорку сапаттуу түстүү сүрөт алуу үчүн жарайт. Ар бир пикселде үч RGB каналы үчүн маалымат камтылат, натыйжада түстөр байыраак болот. Бул так түстүү иштетүү талап кылынуучу учурлар үчүн жарайт. Бирок, RGB форматы үчүн маалымат көлөмү чоң.

(4) YUV Форматы

YUV форматы видео сигналдарды иштетүү үчүн колдонулат. Ал жарыктык жана түстүк маалыматтарды бөлүп, маалымат көлөмүн азайтат. Анткени жарыктык компонент (Y) негизги бөлүгү болуп саналат жана адам көзү ага карата сезгичирээк, анткени түстүк компоненттер (U, V) субсемплденет (чиынын чоңдугу азайтылат), бул эффективдүү түрдө сүрөттүн маалыматын басып чыгарууга мүмкүндүк берет. Бул видео берүү жана сактоо үчүн кеңири колдонулат.

5. Пиксел форматтарынын айырмалары

(1) Ар бир пиксел үчүн маани:

• Моно формат: Ар бир пикселде тек гана серый деңгээлдеги маани бар.

• Байер форматы: Ар бир пиксел бир гана түстүн (R, G же B) маанисин жазып алат; башка түстөрдүн мааниси кошуналардан интерполяцияланат.

• RGB форматы: Ар бир пикселде R, G жана B мааниси бар.

• YUV форматы: Сүрөттү Y (жарыктык) жана U, V (түстүк) компоненттерине бөлөт.

(2) Ар бир кадр үчүн маалымат көлөмү:

• Моно формат: Көбүнчө ар бир пиксел үчүн 8, 10, 12 же 16 бит.

• Байер форматы: RGB менен салыштырганда жалпысынан алганда боз аздык маалымат көлөмү кичине, көбүнчө ар бир пиксел үчүн 8, 10 же 12 бит (дебайердоодон мурун).

• RGB форматы: Көбүрөөк орун алган, көбүнчө пикселине 24 бит (каналына 8 бит x 3 канал), жыш кездешүүчүсү RGB8 деп белгиленет.

• YUV форматы: Өлчөмү үзгүлтүксүздүккө жараша өзгөрүлөт (мисалы, YUV422 орто эсеп менен пикселине 16 битти, YUV420 пикселине 12 битти колдонот).

(3) Кадрдык жыштык айырмачылыктары:

Маалыматтардын көлөмүнүн айырмасына байланыштуу пиксел форматтарынын ортосунда ийгиликтүү кадр жыштыгы өзгөрөт. Жалпысынан, Bayer форматы сыртка чыгып жаткан маалыматынын кичинекей болгону үчүн жогорку кадр жыштыгына жетишет. RGB форматы чоң маалымат көлөмүнө байланыштуу кадр жыштыгы төмөн болот. YUV форматынын кадр жыштыгы Bayer менен RGB ортосунда болот жана үзгүлтүксүздүккө жараша өзгөрөт.

(4) Тасма сапатынын айырмачылыктары:  

Түстүү камералар үчүн Bayer форматындагы тасмалар түстү интерполяциялоо себеби менен чыныгы түстүү чечкини төмөндөтүшү мүмкүн жана түстүү артефактар (моаре сыяктуулар) пайда болушу мүмкүн.

RGB форматы түстү интерполяциялоо керек болбой тургандыктан, пиксел деңгээлинде так жана бай түстөрдү берет.

YUV форматындагы түстүн доярымдуулугу RGB'ге окшош болушу мүмкүн, бирок жарыктык жана түстүн айырмаланышы көптөгөн сүрөт иштетүү жана компрессия маселелери үчүн ал анын натыйжалуулугун камсыз кылат.

6. Пиксель Форматын Кандай Орнотуу Керек

Пиксель форматын орнотуудан мурун камеранын сүрөт алуу агымын токтотуу зарыл. Андан кийин камера башкаруу программасын колдонуп же камеранын касиеттер дарагына (мисалы, GenICam аркылуу) кирип, Пиксель Форматы боюнча керектүү форматты тандаңыз. Форматты өзгөртүүдөн кийин алуу агымы кайрадан иштетиле алат.