Wie funktioniert die YUV-Farbkodierung
Die YUV-Farbkodierung trennt Helligkeitsinformationen (Y) von Farbinformationen (U und V) und ermöglicht so eine Reduzierung der Datenmenge. Diese effizientere Speicherung und Verarbeitung von Bilddaten führt zu einer geringeren Dateigröße bei gleicher Bildqualität, da für das menschliche Auge die Helligkeit wichtiger ist als die Farbe.
Berechnung der RGB-Werte
Als Basis für die Bestimmung der YUV-Werte muss der Sensor zunächst ausgelesen und aus den Rohdaten die RGB-Werte bestimmt werden.
Bayer-Muster
Die Pixelmatrix eines CCD- oder CMOS-Sensors erfasst nur die Intensität des einfallenden Lichts. Erst durch einen Farbfilter auf dem Sensor wird jedes Pixel für eine bestimmte Farbe empfindlich - rot, grün oder blau.
Kamera-Sensoren enthalten doppelt so viele grüne Pixel, um sicherzustellen, dass die erfassten Bilder dem entsprechen, was das menschliche Auge sieht. Mit der bekannten Anordnung der Farben im Bayer-Muster-Filter und den übertragenen Rohpixelinformationen können die vollständigen RGB-Farbinformationen für jedes Pixel im Kamerasensor interpoliert werden.
RGB-Konvertierung
In einem ersten Schritt berechnet ein Algorithmus die vollständigen RGB-Werte für jedes einzelne Pixel. Das bedeutet zum Beispiel, dass die Kamera, auch wenn ein Pixel nur für grünes Licht empfindlich ist, die vollständigen RGB-Informationen für das Pixel erhält. Dafür werden die Informationen aus den benachbarten roten und blauen Pixeln interpoliert. Dies ist natürlich nur eine Annäherung an die reale Welt. Es gibt viele Algorithmen für die RGB-Interpretation, und die Komplexität und Rechenzeit jedes Algorithmus bestimmt die Qualität der Annäherung.
Ein Nachteil der RGB-Konvertierung ist, dass die Datenmenge für jedes Pixel aufgebläht wird. Wenn ein einzelnes Pixel normalerweise eine Tiefe von 8 Bit hat, hat es nach der Konvertierung eine Tiefe von 8 Bit pro Farbe (Rot, Grün und Blau) und somit eine Gesamttiefe von 24 Bit.
YUV-Kodierung
Bei der YUV-Kodierung werde die RGB-Werte in eine Intensitätskomponente (Y), die von Schwarz bis Weiß reicht, und zwei weitere Komponenten (U und V) umgewandelt, die die Farbe kodieren.
YUV 4:4:4-Abtastung
Die Umwandlung von RGB in YUV ist linear, erfolgt ohne Informationsverlust und hängt nicht von einer bestimmten Hardware wie der Kamera ab. Die Standardgleichungen für die Umwandlung von RGB in YUV lauten:
Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B
U = 0,493 * (B - Y)
V = 0,877 * (R - Y)
In der Praxis können die Koeffizienten in den Gleichungen aufgrund der Dynamik des in einer bestimmten Kamera verwendeten Sensors ein wenig abweichen. Spezifische Informationen zu Ihrer Kamera finden Sie in der Dokumentation.
Diese Art der Umwandlung wird auch als YUV 4:4:4-Abtastung bezeichnet. Bei YUV 4:4:4 erhält jedes Pixel Helligkeits- und Farbinformationen und das "4:4:4" gibt den Anteil der Y-, U- und V-Komponenten im Signal an.
YUV 4:2:2-Abtastung
Um die durchschnittliche Datenmenge, die pro Pixel übertragen wird, von 24 Bit auf 16 Bit zu reduzieren, ist es üblicher, die Farbinformationen nur für jedes zweite Pixel aufzunehmen. Diese Art der Abtastung wird auch als YUV 4:2:2-Abtastung bezeichnet. Da das menschliche Auge viel empfindlicher auf Intensität als auf Farbe reagiert, ist diese Reduzierung fast unsichtbar, obwohl die Umwandlung einen echten Informationsverlust darstellt. Die digitale YUV 4:2:2-Ausgabe unserer Farbkameras hat eine Tiefe, die zwischen 24 Bit pro Pixel und 8 Bit pro Pixel wechselt (bei einer durchschnittlichen Bittiefe von 16 Bit pro Pixel).
Unsere Farbkameras verfügen über einen effektiven integrierten Algorithmus für diese RGB-Konvertierung. Bei allen unseren Farbkameras können Sie zwischen einem Ausgabemodus wählen, der die Rohdaten des Sensors für jedes Pixel oder ein hochwertiges YUV 4:2:2-Signal liefert. Einige Kameras liefern auch RGB / BGR-Daten.
Weitere Informationen
Entdecken Sie unsere Kameras und finden Sie detaillierte Übersicht über ihre Bildformate in der Dokumentation.
