Do you need a color camera?

เป็นคำถามที่หลายท่านสงสัยว่าการเริ่มต้นงานตรวจสอบชิ้นงานด้วยกล้อง machine vision เราควรจะใช้กล้อง สี (Color camera) หรือกล้องขาวดำ (Monochrome camera) ก่อน

เรามาทำรู้จักการทำงานของ กล้องทั้งสองแบบก่อน

Mono Chrome Camera หรือกล้องขาวดำจะตรวจสอบความเข้มของแสงที่ตกกระทบบนเซ็นเซอร์กล้องในระดับพิกเซล ค่าที่วัดได้จะเป็น Gray scale 0-255

ในขณะที่กล้องสี Color Camera จะตรวจจับข้อมูลสีในรูปของสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน ในที่ตกกระทบบนเซ็นเซอร์กล้องในระดับพิกเซล

ข้อดีของกล้องสีก็คือ เราสามารถแสดงค่าของสีต่าง ๆ ได้ ส่วนข้อดีของกล้องขาวดำจะมีความไวแสงที่สูงกว่า สามารถแสดงความละเอียดของภาพได้ดีกว่า

กล้องขาวดำจะวัดค่าความเข้มของแสงที่ตกกระทบที่สะท้อนจากวัตถุเข้ามาที่เซ็นเซอร์กล้องในแต่ละ Pixel  โดยที่ไม่มีการแบ่งแยกในระดับของความยาวคลื่น หมายความว่าจะรับค่าความเข้มแสงของทุกย่านความยาวคลื่น

ในการทำงานของกล้องสีจะมีการนำ filter ของแสงสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน ไปวางซ้อนบน sensor ของ  Monochrome อีกที ซึ่งเรียกว่า a Bayer grid มีลักษณะตามรูปด้านข้าง

หมายความว่าข้อมูลสีของกล้องสีจะเกิดจากฟิลเตอร์ของความยาวคลื่นแสงสีแดง เขียว น้ำเงินเท่านั้น ย่านความยาวคลื่นแสงอื่นจะไม่สามารถถูก filter ได้ ด้วยเหตุผลนี้กล้องสีจะไม่สามารถตอบสนองความยาวคลื่นในย่านอินฟราเรดได้

Bayer grid จะมีฟิลเตอร์สีเขียว แดง น้ำเงิน เรียงสลับกันไปจนเต็ม 1 ช่องของ Pixel โดยที่ filter สีเขียวจะมี 2 ช่อง ในขณะที่ filter สีแดงและสีน้ำเงินจะมี 1 ช่อง เป็นสัดส่วนนี้ไปตลอดจนเต็ม ด้วยเหตุผลที่ว่าช่วงความยาวสีเขียวจะเป็นสีที่มีความเข้มสูงที่สุดในแหล่งกำเนิดแสงทุกประเภท รวมถึงแสงอาทิตย์ด้วย

สำหรับการตรวจสอบที่ต้องการความละเอียด ต้องการการตรวจสอบที่ค่อนข้างจะซับซ้อน การใช้กล้องขาวดำจะทำได้ดีกว่า ในการใช้กล้องสี ฟิลเตอร์ในกล้องสีจะกรองความเข้มของแสงเฉพาะความยาวคลื่นของแต่ละฟิลเตอร์เท่านั้น ทำให้โปรตอนบางส่วนสูญหายไปไม่สามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้ ยกตัวอย่างเช่น ติวเตอร์สีแดงจะไม่สามารถรับโปรตอนของแสงสีเขียวได้ ทำให้เราสูญเสียโปรตรอนของแสงสีเขียวไป

สำหรับกล้องขาวดำจะรับโปรตอนของทุกช่วงสีทำให้ไม่มีการเกิดการ Lost protons

ด้วยเหตุผลดังกล่าวกล้องขาวดำจะมีความไวแสงที่สูงกว่ากล้องสี 2-4 เท่า ขึ้นอยู่กับย่านความยาวคลื่น

นอกจากนี้การตรวจสอบรายละเอียดต่าง ๆ ก็จะทำได้น้อยหากใช้กล้องสี เนื่องจาก 1 ใน 4 ของ Pixel เท่านั้นที่จะสามารถรับความยาวคลื่นของแสงสีน้ำเงินหรือสีแดงได้ และ 1 ใน 2 ของ Pixel เท่านั้นที่จะสามารถรับโปรตอนย่านความยาวคลื่นแสงสีเขียวได้ ดังนั้น effective resolution ของกล้องสีจะน้อยกว่ากล้องขาวดำอยู่ 2-4 เท่า ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง

อย่างไรก็ตามเราต้องการที่จะตรวจสอบสีของวัตถุ การใช้กล้องสีก็จะทำได้ง่ายและรวดเร็ว เพราะกล้องสีสามารถที่จะจับสีของแสงที่สะท้อนจากวัตถุได้ทันทีโดยที่ไม่ต้องใช้อุปกรณ์อย่างอื่น

เราจะสรุปคือ หากเราต้องการตรวจสอบงานที่ต้องการความละเอียดสูง ต้องการรายละเอียดของพื้นผิวอย่างเช่น งานตรวจสอบ Surface Inspection ต่าง ๆ จำเป็นต้องใช้กล้องขาวดำก่อน สำหรับกล้องสีเราจะใช้ก็ต่อเมื่อเราจำเป็นจะต้องแยกความแตกต่างของสีเท่านั้น

กล้องขาวดำและสีเป็นกล้องสองประเภทที่จับภาพในรูปแบบที่แตกต่างกัน ข้อแตกต่างระหว่างทั้งสองมีดังนี้

คุณภาพของภาพ: กล้องขาวดำสามารถจับภาพที่คมชัดและมีรายละเอียดมากกว่าเมื่อเทียบกับกล้องสี โดยเฉพาะในสภาพแสงน้อย เนื่องจากกล้องขาวดำไม่มีอาร์เรย์ฟิลเตอร์สี ซึ่งจะทำให้ลดปริมาณแสงที่มาถึงเซนเซอร์ ในทางตรงกันข้าม กล้องสีสามารถจับภาพที่มีสีครบถ้วนซึ่งมีความสำคัญสำหรับการใช้งานที่ต้องการตรวจสอบสี

ความไวแสง: กล้องขาวดำมีความไวต่อแสงสูงกว่าเมื่อเทียบกับกล้องสี เนื่องจากกล้องขาวดำไม่มีอาร์เรย์ฟิลเตอร์สีซึ่งจะช่วยลดปริมาณแสงที่มาถึงเซนเซอร์ เป็นผลให้กล้องขาวดำสามารถจับภาพได้ชัดเจนยิ่งขึ้นในสภาพแสงน้อย

ความละเอียด: กล้องขาวดำมีความละเอียดสูงกว่าเมื่อเทียบกับกล้องสี เนื่องจากแต่ละพิกเซลในกล้องขาวดำจะจับแสงทั้งหมดที่มาถึง ในขณะที่แต่ละพิกเซลในกล้องสีจะจับเพียงสีเดียว ด้วยเหตุนี้กล้องขาวดำจึงสามารถเก็บรายละเอียดได้มากขึ้นและสร้างภาพที่มีคุณภาพสูงขึ้น

การใช้งาน: กล้องขาวดำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรม เช่น วิชันซิสเต็ม การควบคุมคุณภาพ และหุ่นยนต์ การอ่าน barcode 2D code การอ่านตัวหนังสือ การวัดขนาดชิ้นงาน การตรวจความผิดปกติของพื้นผิว

การใช้งานที่หลากหลายจะได้รับประโยชน์จากการใช้การสร้างภาพสีในวิชันซิสเต็ม แอปพลิเคชั่นสร้างภาพสีส่วนใหญ่เหล่านี้แบ่งออกเป็นสามประเภทกว้าง ๆ

การตรวจสอบสี
การสร้างภาพสีสามารถให้ข้อมูลเพิ่มเติมแก่คุณซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการตรวจสอบของคุณได้  โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเป้าหมายของคุณคือการจำแนกข้อบกพร่องหรือตรวจสอบรูปร่างของผลิตภัณฑ์ที่มีสี การใช้การสร้างภาพสีถือเป็นสิ่งสำคัญ เช่น การตรวจสอบสายไฟที่มีรหัสสี หากคุณต้องการตรวจสอบว่าสายไฟแต่ละเส้นเชื่อมต่อกับขั้วต่อที่ถูกต้องบนบอร์ดหรือไม่ ระบบวิชันซิสเต็มของคุณจะต้องสามารถอ่านสีของสายไฟและดูว่าสีตรงกันหรือไม่

การเรียงลำดับสี
การสร้างภาพสีในวิชันซิสเต็มยังสามารถใช้เพื่อแยกรายการต่าง ๆ ตามสีได้อีกด้วย นั่นหมายถึงการถ่ายภาพสีสามารถนำมาใช้ในการจำแนกหรือจัดหมวดหมู่วัตถุตามสีได้ ต่อจากนั้นยังสามารถใช้เป็นวิธีการให้คะแนนวัตถุบางอย่างได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น เชอร์รี่ แอปเปิ้ล และผลไม้อื่น ๆ อาจถูกจัดเรียงตามสีเพื่อบ่งบอกถึงความสุกงอม

การตรวจจับและจับคู่สี
การตรวจจับสีมีจุดมุ่งหมายเพื่อสอนกล้องว่ากำลังมองสีอะไร เพื่อให้แอปพลิเคชันใช้ข้อมูลที่มาจากกล้องวิชันซิสเต็มแบบสี คอมพิวเตอร์โฮสต์จำเป็นต้องเชื่อมต่อค่าสีกับแต่ละพิกเซลหรือฮิสโตแกรมที่แสดงถึงพื้นที่หรือหยดพิกเซลก่อน เมื่อแอปพลิเคชันกำหนดค่าสีแล้วจะสามารถเปรียบเทียบกับสีเป้าหมายหรือช่วงของค่าสีเป้าหมายได้ กระบวนการจับคู่นี้สามารถใช้เพื่อตรวจสอบให้แน่ใจว่าวัสดุพิมพ์ตรงกับสีของบริษัทที่กำหนดไว้ล่วงหน้า หรือเพื่อให้แน่ใจว่ากระจกมองข้างของรถยนต์ตรงกับแผงประตู หรือสำหรับการใช้งานอื่น ๆ อีกมากมาย

ขอบคุณข้อมูลจาก website

www.1stvision.com, www.red.com, www.baumer.com, www.jai.com