RGB, YUV, Bayer: Apakah Perbezaan Sebenar Antara Format Piksel?

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

1. Apakah Format Piksel?

Format Piksel merujuk kepada kaedah penyimpanan dan struktur organisasi data bagi setiap piksel apabila kamera mengambil gambar. Kamera industri menyokong pelbagai format piksel, membolehkan pengguna memilih format yang sesuai berdasarkan keperluan mereka. Format piksel yang biasa termasuk: Mono, Bayer, RGB, YUV, dll.

2. Format Piksel Yang Biasa

(1) Format Mono

Format Mono, atau mod monokrom, biasanya digunakan untuk pengambilan imej kelabu. Dalam format ini, setiap piksel hanya mengandungi maklumat luminans (kecerahan) dan tiada maklumat warna. Sebagai contoh, Mono 10 bermaksud setiap piksel disimpan menggunakan 10 bit.

(2) Format Bayer

Format Bayer digunakan untuk perolehan imej berwarna dan menggunakan Tatasusunan Penapis Warna (CFA). Setiap piksel mengandungi maklumat untuk warna merah, hijau, dan biru, tetapi biasanya, setiap piksel hanya boleh merekod nilai bagi salah satu warna ini. Nilai warna yang tertinggal diperoleh dengan menyelang nilai-nilai dari piksel berdekatan.

Format Bayer mempunyai beberapa corak susunan yang berbeza, contohnya:

• RG, GB (Biasanya dirujuk sebagai corak RGGB, menunjukkan saluran warna untuk baris bernombor genap)

• BG, GR (Biasanya dirujuk sebagai corak BGGR, satu lagi susunan imbasan yang biasa)

(3) Format RGB

Format RGB mengandungi tiga saluran, merekod maklumat luminans bagi Merah, Hijau, dan Biru masing-masing. Setiap piksel mengandungi maklumat untuk ketiga-tiga warna. Dalam format RGB, setiap piksel diwakili oleh tiga nilai yang sepadan dengan R, G, dan B.

(4) Format YUV

Format YUV adalah format piksel yang biasa digunakan dalam pemprosesan video. Ia mengasingkan maklumat imej kepada komponen Luminance (Y) dan Chrominance (U, V). Y mewakili luminance (kecerahan/skala kelabu), manakala U dan V mewakili chrominance (maklumat warna). Format YUV kerap digunakan untuk pemampatan video kerana mata manusia lebih peka terhadap perubahan luminance berbanding perubahan chrominance.

Format YUV yang biasa termasuk:

• YUV 4:2:2

• YUV 4:4:4

• YUV 4:2:0

Format-format ini merujuk kepada kaedah subsampling kroma yang berbeza. Secara amnya, nombor yang lebih kecil (seperti dalam 4:2:0 berbanding 4:4:4) bermaksud kurang maklumat chrominance dan saiz fail yang lebih kecil.

3. Format Piksel dan Pengepakan

Apabila membincangkan format piksel, konsep format "Terkumpul" kadangkala timbul. Pengepakan digunakan untuk menjimatkan ruang storan dan lebar jalur. Dalam format yang tidak dikemas, data piksel sering disimpan dalam ruang memori yang lebih besar dan sejajar dengan sempadan piawai (seperti 16 bit). Untuk mengoptimumkan storan, data boleh dikemas ke dalam ruang memori yang lebih kecil yang lebih hampir mencerminkan kedalaman bit sebenarnya.

Contohnya:

• Mono 10 mungkin menunjukkan format yang tidak dikemas di mana data 10-bit menggunakan ruang 16-bit, membazirkan 6 bit.

• Mono 10 Terkumpul akan menyimpan data 10-bit dengan lebih cekap, sebagai contoh, menggabungkan beberapa piksel 10-bit ke dalam urutan bait (seperti 4 piksel ke dalam 5 bait), menjimatkan ruang storan dan lebar jalur penghantaran. Kaedah pengepakan khusus boleh berbeza.

4. Ciri-ciri Format Piksel yang Berbeza  

(1) Kamera Monokrom: Format Mono

Data mentah daripada kamera monokrom biasanya berada dalam format Mono, yang hanya mengandungi maklumat skala kelabu. Memandangkan tiada maklumat warna, isi data imej adalah relatif kecil, menyebabkan kecekapan storan dan penghantaran yang lebih tinggi.

(2) Kamera Warna: Format Bayer

Data mentah daripada kamera warna biasanya menggunakan format Bayer. Format ini menangkap imej dengan menggunakan penapis warna yang berbeza (Merah, Hijau, Biru) pada sensor imej. Isi data untuk format Bayer adalah lebih kecil berbanding RGB penuh, tetapi memandangkan maklumat warna dikira melalui interpolasi (debayering/demosaicing), kualiti imej mungkin sedikit lebih rendah berbanding RGB sebenar dari segi resolusi warna dan artifak yang berpotensi.

(3) Format RGB

Format RGB sesuai untuk perolehan imej warna berkualiti tinggi. Setiap piksel mengandungi data untuk ketiga-tiga saluran RGB, menghasilkan warna yang lebih kaya. Ia sesuai untuk senario yang memerlukan pemprosesan warna yang halus. Walau bagaimanapun, isi data untuk format RGB adalah besar.

(4) Format YUV

Format YUV digunakan untuk pemprosesan isyarat video. Ia mengurangkan isi padu data dengan memisahkan maklumat luminans dan krominans. Memandangkan komponen luminans (Y) adalah bahagian utama dan mata manusia lebih peka terhadapnya, komponen krominans (U, V) boleh disampel secara subsampel (dikurangkan resolusinya), membolehkan pemampatan data imej yang berkesan. Ia biasanya digunakan untuk penghantaran dan penyimpanan video.

5. Perbezaan Antara Format Piksel

(1) Nilai per Piksel:

• Format Mono: Setiap piksel hanya mengandungi nilai kelabu.

• Format Bayer: Setiap piksel merekod nilai bagi satu warna sahaja (R, G, atau B); nilai warna lain diinterpolasi daripada jirannya.

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

• Format YUV: Memisahkan imej kepada komponen Y (luminans) dan U, V (krominans).

(2) Saiz Data per Bingkai:

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

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

• Format RGB: Memakan lebih banyak ruang, biasanya 24 bit per piksel (8 bit per saluran x 3 saluran), kerap ditandakan sebagai RGB8.

• Format YUV: Saiz berbeza-beza bergantung pada pensampelan (contohnya, YUV422 biasanya menggunakan 16 bit per piksel secara purata, YUV420 menggunakan 12 bit per piksel secara purata).

(3) Perbezaan Kadar Rangka:

Disebabkan oleh isi padu data yang berbeza, kadar rangka yang boleh dicapai berbeza antara format piksel. Secara amnya, format Bayer boleh mencapai kadar rangka yang lebih tinggi kerana output data mentahnya lebih kecil. Format RGB biasanya menghasilkan kadar rangka yang lebih rendah disebabkan oleh saiz datanya yang lebih besar. Kadar rangka format YUV secara umumnya berada di antara Bayer dan RGB, bergantung pada subsampling.

(4) Perbezaan Kualiti Pengimejan:  

Untuk kamera warna, imej format Bayer mungkin mempunyai resolusi warna berkesan yang sedikit lebih rendah dan artifak warna potensi (seperti moiré) kerana warna diselangkakan.

Format RGB memberikan warna yang lebih tepat dan kaya terus pada tahap piksel, kerana tiada penyelaan diperlukan untuk warna.

Kesaturasan warna format YUV boleh menyerupai RGB, tetapi pemisahan luminans dan krominans menjadikannya lebih efisien untuk pelbagai tugas pemprosesan imej dan pemampatan.

6. Cara Menetapkan Format Piksel

Sebelum menetapkan format piksel, perlu dihentikan aliran pengambilan imej kamera. Kemudian, dengan menggunakan perisian kawalan kamera atau mengakses pokok sifat kamera (contohnya, melalui GenICam), pilih format piksel yang diingini di bawah tetapan Format Piksel. Selepas menukar format, aliran pengambilan boleh dimulakan semula.