ما هو تعريف الزاوية المظلمة؟ وكيفية تصحيحها في تطبيقات الرؤية المدمجة؟

لقد ثورة التقدم السريع في منصات معالجة الصور المجال، حيث قدمت حلول رؤية مدمجة موثوقة وأقل تكلفة في مختلف الأسواق. تحسين هذه المنصات جودة الصورة من خلال تقنيات مثل التحسين، الاستعادة، الترميز والضغط، والتي تشمل تصحيح الإضاءة، تغيير حجم الصور (التكبير الرقمي)، اكتشاف الحواف، وتقييم خوارزميات التقطيع. في هذه التطبيقات، أصبحت مستشعرات الصور CMOS هي النوع الأكثر استخدامًا من مستشعرات الصور، حيث تلتقط الضوء لتكوين مجموعة من البكسلات التي تشكل الأساس لمعالجة الصور اللاحقة.

ومع ذلك، اختيار العدسة المناسبة لدمجها مع وحدة الكاميرا للحصول على أفضل التقاط ومعالجة الصور هو عملية صعبة. يتضمن تحديد مجال الرؤية (FOV) ، واختيار بين التركيز الثابت أو التلقائي، وضبط المسافة العاملة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تتدخل الظواهر البصرية مثل ظاهرة vignetting في العدسة ومشاكل التوازن الأبيض مع مخرجات الصورة، مما يؤثر على الجودة البصرية النهائية.

في هذا المقال، سنخوض في مفهوم vignetting في العدسة، ونحلل أسبابها ونقدم حلول عملية لمساعدة مستخدمي الكاميرات المدمجة على القضاء على هذه المشكلة في جودة الصورة.

ما هو vignetting في العدسة؟

يشير vignetting في العدسة إلى الانخفاض التدريجي في السطوع أو التشبع من المركز نحو الحواف أو الزوايا في الصورة. ويُعرف أيضًا بالتظليل، انخفاض الضوء، أو تظليل الإضاءة، ويتم قياس مدى vignetting عادةً بوحدات f-stops ويعتمد على حجم فتحة العدسة والعديد من المعلمات التصميمية.

الفتحة تتحكم في سطوع الصورة عن طريق تغيير الكمية الإجمالية للضوء الذي يصل إلى مستشعر الكاميرا عبر العدسة.

لا يؤثر التظليل فقط على جودة الصورة البصرية، بل يمكن أن يؤدي أيضًا إلى فقدان معلومات بصرية حاسمة في بعض التطبيقات. على سبيل المثال، في فحص الصناعات أو التصوير الطبي الذي يتطلب اتساقًا دقيقًا في اللون والسطوع، يمكن أن يؤدي التظليل إلى أحكام خاطئة أو تحليل غير دقيق. لذلك، من الضروري فهم اتخاذ التدابير لخفض أو القضاء على ظاهرة التظليل في العدسات لضمان جودة الصورة وتحسين أداء أنظمة الرؤية.

كيف يتم تكوين التظليل، وما هي أنواعه؟

لماذا يحدث التظليل؟ يمكن نسب حدوث التظليل في العدسات إلى عدة عوامل، وأبرزها تصميم العناصر البصرية نفسها. يمكن أن يزيد إعاقة الضوء باستخدام أدوات خارجية من هذه الظاهرة، وأحيانًا يتم إدخالها قصدًا أثناء المعالجة ما بعد التقاط الصورة.

الأسباب المختلفة لظلال العدسة تشمل:

• ظل عدسي: يحدث هذا النوع بسبب القيود الفيزيائية للعدسة، مما يمنع الضوء خارج المحور من الوصول الكامل إلى أطراف مستشعر الصورة، وهو واضح بشكل خاص في الأنظمة البصرية المعقدة التي تحتوي على عدة عدسات.
• ظل طبيعي: يُعرف أيضًا باسم انخفاض cos4θ، وهو انخفاض طبيعي في السطوع نتيجة زاوية الضوء بالنسبة لمستوى الصورة، وفقًا لقانون الكوسين الرابع، حيث ينخفض السطوع بسرعة مع زيادة الزاوية مع المحور البصري.
• زاوية الشعاع الرئيسي (CRA): CRA هي معلمة مهمة عند اختيار العدسات والمستشعرات، وتؤثر على السطوع والوضوح على أطراف الصورة. يمكن أن يؤدي CRA المفرط إلى ظهور الظلال على أطراف الصورة، مما يؤثر على جودة الصورة.
• ظل ميكانيكي: يحدث عندما يتم حجب الشعاع الضوئي ميكانيكيًا بواسطة عدسة التركيز، أو حلقات الفلتر، أو أشياء أخرى، مما يسبب تقليلًا اصطناعيًا للإضاءة على حافات الصورة. هذا شائع عندما يكون دائرة صورة العدسة أصغر من حجم المستشعر.
• المعالجة ما بعد العمليات: في بعض الأحيان، لأغراض فنية أو لتسليط الضوء على الموضوع المركزي للصورة، يقوم المصورون بإضافة ظل بؤري بصري بشكل متعمد أثناء المعالجة ما بعد التصوير.

ما هي طرق تصحيح ظل العدسة؟

كما تم مناقشته، فإن ظل العدسة هو ظاهرة بصرية غير مرغوب فيها. وعلى الرغم من أنه لا يمكن تجنبها تمامًا، إلا أنها يمكن تصحيحها بكفاءة لرؤية مدمجة باستخدام التدابير التالية:

• مطابقة قيم CRA: من الضروري ضمان أن تكون قيمة CRA للعدسة أقل من تلك الخاصة بميكروعدسات المستشعر للتخلص من مشاكل الإضاءة أو اللون في الصورة. يجب على الشركات المصنعة التحقق من تصاميم العدسات لتوافقها مع تخطيطات المستشعر.
• ضبط معالج الإشارة الصورية (ISP): يلعب معالج الإشارة الصورية (ISP) دورًا مهمًا في معالجة الصور التي يتم التقاطها بواسطة المستشعر. يمكن لإجراءات محددة، مثل Imatest، اختبار جودة الصورة وضبط المسجلات المحددة في معالج الإشارة الصورية لتقليل تأثير ظلال العدسة.
• زيادة رقم الفتحة: من خلال زيادة رقم فتحة العدسة (أي تقليل الفتحة)، يمكن تقليل تأثير الظلال الطبيعية أو انخفاض cos4θ.
• استخدام طول بؤري أطول: في الحالات التي يكون فيها f/# منخفضًا (نسبة طول البؤرة إلى حجم الفتحة)، أو عند استخدام عدسات ذات طول بؤري قصير، أو عندما تكون هناك حاجة لدقة عالية بتكلفة منخفضة، يمكن القضاء على ظلال الكاميرا الميكانيكية باستخدام طول بؤري أطول.
• تصحيح الحقل المسطح: طريقة شائعة لتصحيح ظلال العدسة الشديدة، حيث يتم إضاءة سطح مسطح بشكل موحد وتقديم وإلتقاط الإطارات المرجعية للحقل المظلم والضوء، ثم حساب وتطبيق تصحيح الحقل المسطح.
• استخدام أدوات البرمجيات: يمكن استخدام مجموعة متنوعة من أدوات البرمجيات، مثل أدوات تجميع صور المجهر وأداة CamTool، لتصحيح ظلال العدسة.
• باستخدام العدسات التلسينتريك: العدسات المصممة لتكون تلسينتريكية في فضاء الصورة يمكن أن تصحيح انخفاض الأداء لأن هذه التلسينتريكيه تنتج إضاءة خلفية للصورة بشكل متزن للغاية، مما يعد من الانخفاض الطبيعي بـ cos4θ في إضاءة مستوى الصورة من المحور البصري إلى زاوية المجال.

نأمل أن يكون هذا المقال قد ساعد في معالجة مشكلة الظلال الناتجة عن العدسة. بالطبع، إذا كانت لديك أسئلة لا تزال قائمة حول التغلب على ظلال العدسات في الرؤية المدمجة أو إذا كنت ترغب في دمج وحدات كاميرات مدمجة في منتجاتك، لا تتردد في التواصل معنا—Sinoseen، شركة ذات خبرة الشركة المصنعة لوحدة الكاميرا الصينية .