皆さん、AB カメラ モジュールのジェイクです。今日は 1MP カメラ モジュール、特にホワイト バランスの精度に関する誇大宣伝を打ち破りたいと思います。 「1MP って？最近の 4K や 8K に比べたら古い技術じゃないの？」と思われるかもしれません。確かに、これらの高解像度カメラはすべての輝きを放ちますが、1MP モジュールは依然として IoT センサーからエントリーレベルのセキュリティ カメラに至るまであらゆる用途で主力であり、これらのショットが実際にどれだけ役立つかはホワイト バランス (WB) の精度によって左右されます。わかります。お客様のポートフォリオ全体が人気のオプションのような 1MP モジュールに基づいて構築されている場合、私は常にこの質問に答えます。「WB は実際どのくらい正確ですか?」専門用語を使わずにこれを分析し、私たちが毎日出荷しているモジュールから現実世界のコンテキストをいくつか取り入れてみましょう。
まず、同じ認識を持っていることを確認しましょう。ホワイト バランスとは、さまざまな照明の下で白いオブジェクトが青や黄色ではなく白に見えるようにすることです。白いコーヒーカップは、室内の暖かい光の下で淡い青に染まったように見えたり、涼しい日光の下で日焼けしたように見えてはなりません。高解像度カメラの場合、高度なセンサーと処理チップを備えた全体が必要ですが、1MP モジュールの場合は、イメージ センサーのオンボード ISP (画像信号プロセッサ)、レンズ、および社内で行うキャリブレーションが組み合わさったものになります。これらは、スペック シートがそう言うことよりもはるかに重要です。
1MP というと基本的なように思えますが、すべてのモジュールが同じように作られているわけではありません。手を抜くために安いセンサーをケチっている人を見たことがありますが、それらはWBに負担をかけます。しかし、（私たちが使用しているような）強固なセンサー基盤を選択すると、WB はこれらのモジュールの設計目的と実際にかなり一貫しています。数字から始めましょう。それは通常、人々が最初に尋ねるものだからです。通常、当社のような校正済み 1MP モジュールの場合、高速カメラモジュールまたはOV9732 カメラモジュール、WB エラーは 2 と 5 デルタ E の間にあります。ちょっと待って、デルタ E とは何ですか?これは標準的な色精度の基準であり、3 未満のものは人間の目にはほとんど認識されません。違いを見分けるには、2 つの白い壁を並べて見つめる必要があるようなものです。デルタ E が 5 未満であれば、90% のユースケースで完全に許容でき、ほとんどのモジュールのクロックは平均で約 3.5 です。それは悪くないですよね？
実際に使ってみてみましょう。屋外のホームセキュリティカメラとして 1MP カメラを使用している場合、WB は昼光と夕方の街路灯を処理する必要があります。それがIoTカメラモジュール倉庫の場合、太陽光だけでなく蛍光灯も扱います。正直に言うと、完璧な 1MP モジュールはありませんが、これらのカメラの目的には 2 ～ 5 Delta E で十分です。多くの人がそれを高解像度カメラと比較します。確かに、12MP モジュールはデルタ E の 1 ～ 2 に達するかもしれませんが、そのためにははるかに高いお金を払っており、ほとんどの仕事にとってはやりすぎです。参考までに、当社の低価格ライン、低コストのカメラモジュール、WB エラーは 4 ～ 6 Delta E ですが、基本的なバーコード スキャナーや、正確な色を必要としないエントリーレベルのドアホンなどには、これでも問題ありません。それはスタジオレベルの精度ではありませんが、ゴミでもありません。それを購入する人は、自分が何を得られるかを知っています。
さて、これらのモジュールの WB 精度に影響を与える大きな要因はセンサーだけではありません。まずはセンサーのキャリブレーションです。モジュールを組み立てるとき、私たちは標準化された照明ブースですべてのモジュールを実行します。ISP を調整するために D65 昼光 (科学者が同意する「昼白色」) と A ライト (暖かい室内白熱灯) を使用します。一部の安価なサプライヤーはこの手順を省略して工場出荷時のデフォルトを使用します。つまり、WB がバラバラになってしまいます。他社のモジュールでは、写真に写るものすべてが黄色に見えるものを見たことがありますが、これはユニットあたり 50 セントを節約するためにキャリブレーションを省略したためです。私たちはそんなことはしません。当社のハイエンド 1MP モジュールでは、涼しい光と暖かい光の両方に対して WB を微調整する 2 点キャリブレーションも使用しているため、ショットが日向から日陰に変わったときに、奇妙な色の変化が発生することはありません。
次にレンズの品質です。ちょっと待って、WBにとってレンズは重要ですか？多くの人はそれを忘れています。レンズの色収差がひどい場合 (さまざまな色がガラスを通過するときに異なるように曲がる場合)、白い物体に奇妙な色のにじみが発生し、ISP の WB 計算が狂う可能性があります。これを軽減するために、たとえ低コストのモジュールであっても、反射防止コーティングされたレンズを使用しています。一部の超安価なモジュールはコーティングのないプラスチック レンズを使用しており、白い表面のエッジに顕著な色の濃淡が生じます。バーコード スキャナーにとっては大したことではありませんが、色の一貫性を重視する場合は注意が必要です。
照明条件も影響しており、1MP が人々を驚かせるのはここです。待て、先ほど私たちの平均は、制御された光の下では 3.5 デルタ E であると言いましたが、暗い光ではどうなるでしょうか?ここで、事態は少し不安定になります。非常に暗い設定では、使用可能なショットを取得するために 1MP センサーのゲイン (明るさ) を上げる必要があり、それによって WB に悪影響を与える小さなノイズが発生する可能性があります。しかし、それでも、私たちは 6 ～ 7 の Delta E を検討しており、これはほとんどのユースケースでまだ許容可能です。スマートサーモスタットの周囲光センサーに使用している場合は?問題ない。倉庫内で色分けされた在庫を識別する必要があるカメラの場合はどうでしょうか? ISP 設定を調整して、低照度ゲインよりも色の精度を優先することができるため、機能します。ちなみに、それがカスタマイズ可能な設定を提供するサプライヤーと協力する利点です。これは、私たちがすべてのモジュールに対して行っていることです。デュアルカメラモジュールステレオビジョンなどのために 2 台の対応するカメラが必要な場合は、この行に進みます。
ちょっと待ってください。一般的な通説に対処しましょう。人々は「1MP = 精度が低い」フルストップだと考えています。それは真実ではありません。同じ低照度テストで有名ブランドの 4MP モジュールに対して OV9281 モジュールをテストしましたが、WB の差は最悪でも 1 Delta E だけでした。 1MP は 5.2、4MP は 4.1 で、ほとんどのアプリケーションでは目立った差はありませんでした。デルタ E の違いが重要になるのは、医療機器や食品検査カメラなど、色が重要な作業を行っている場合だけです。そのような場合、より高解像度のモジュールが必要になりますが、1MP がピクセル要件に適合する場合 (そして多くのことに適合する場合)、WB の精度はまったく問題ありません。
もう 1 つ: オート ホワイト バランス (AWB) はこれらのモジュールでどのように機能するのでしょうか? AWB は WB をその場で調整する機能なので、手動で設定する必要はありません。当社の 1MP モジュールの場合、AWB アルゴリズムは少数のピクセル向けに特別に調整されています。1MP はちょうど 100 万ピクセルであるため、ISP が扱うデータは高解像度センサーよりも少なくなります。ただし、完璧さよりも安定性を優先するアルゴリズムを構築したため、黄色のライトの部屋から青色の LED ライトに移ってもちらつきません。これは大きな問題です。一部の安価なモジュールは、ショットの途中で青と黄色の間でバウンスするため、非常に迷惑です。照明が急速に変化しても、私たちのものは一貫性を保ちます。
数字は素晴らしいですが、ストーリーも重要なので、実際の顧客からのフィードバックについても話しましょう。前四半期、食料品店の自動チェックアウトを行う顧客が当社の棚監視に当社の低コスト モジュールを使用しており、WB は別のサプライヤーから入手したモジュールよりも正確であると私たちに言いました。別の顧客は当社の高速モジュールを交通量カウントカメラに使用しており、撮影中に太陽が木の後ろに隠れても、ホワイトバランスが決して変化しないと述べています。それはわかります。市場に出す製品のコンポーネントを購入するときは、WB が最終製品を台無しにしないことを信頼する必要があります。そのため、出荷前にすべてのモジュールを校正し、精度をご自身で検証できるように 30 日間のテスト期間を提供しています。
さて、1MP カメラモジュールを調達するためにここに来たのであれば、本題に入りましょう。基本的な監視、IoT、バーコード スキャン、または単純な産業用ビジョンが必要な場合は、当社の製品ラインで対応できます。色が重要な作業でもう少し精度が必要な場合は、当社の高キャリブレーション モジュールが 2 ～ 4 デルタ E に達するように調整されています。これは、色彩科学者の白衣を着ていない人にはほとんど気づかれない程度です。のOV9732 カメラモジュール照明条件全体で一貫した WB を備え、ほとんどのミッドレンジ アプリケーションに最適です。高速カメラモジュール動きの速いときに WB をずらしたくないモーション用途に最適です。の低コストのカメラモジュール誤差は少し大きくなりますが、一銭もお金がかかるプロジェクトでは無敵です。
待ってください、WB を気にする場合に避けるべきことについても触れておかなければなりません。まず、社内で校正を行わないサプライヤーからモジュールを購入しないでください。サイトに「1MP CMOS センサー」とだけ記載されており、WB や Delta E について触れていない場合は、おそらく校正されていないユニットを出荷していると考えられます。次に、超安価なノーブランド モジュールは避けてください。Amazon で販売されている 2 ドルのモジュールを一度テストしましたが、その WB エラーは 12 Delta E でした。これは、白がすべて黄色く見え、色がまったく違っていたことを意味します。それはあなたの製品に望むものではありません。第三に、レンズがセンサーに適合していることを確認します。一部のサプライヤーは、安価なレンズと高品質のセンサーを組み合わせて使用しており、これでは WB が役に立ちません。組み立て前にすべてのレンズとセンサーのペアをテストしているため、そのような問題は発生しません。
結局のところ、1MP カメラ モジュールのホワイト バランス精度は、恐ろしい未知の数値ではありません。当社のような信頼できるサプライヤーと協力する場合、2 ～ 5 Delta E を検討することになります。これは、1MP が適切なピクセル数であるほとんどのアプリケーションにとっては十分以上です。もちろんスタジオレベルではありませんが、一貫性と信頼性があり、それが多くの業界が依然として 1MP モジュールに依存している理由です。
IoT プロジェクト、セキュリティ カメラ、その他のものなど、特定のユースケースについて話す準備ができたら、チャットしましょう。私たちは、適切なモジュールの選択、必要に応じてキャリブレーションの調整をお手伝いし、WB や仕様に関するその他の質問にお答えします。遠慮せずに連絡して会話を始めましょう。
参考文献:
- 国際標準化機構 (ISO) 17321-1:2012、写真 – 電子静止画カメラ – パート 1: 露出指数、ISO 速度定格、標準出力感度、および推奨露出指数の決定
- Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) RP 177-1993、テレビシステムの色再現精度の測定方法
- OmniVision Technologies OV9732 イメージ センサー データシート、2020
- Semiconductor Components Industries LLC (ON Semiconductor) GC1084 イメージ センサー データシート、2021 年
- カリフォルニア大学バークレー校デジタル イメージング グループ。 （2019年）。低解像度イメージセンサーのホワイトバランス精度。技術レポート UCB/EECS-2019-127。
