Hvad er definitionen af en mørk vinkel? Hvordan korrigerer man i indlejrede visionsapplikationer?

Den hurtige udvikling af billedbehandlingsplatforme har revolutioneret området og tilbyder pålidelige og omkostningseffektive indlejrede visionsløsninger på tværs af forskellige markeder. Disse platforme forbedrer billedkvaliteten gennem teknikker som forbedring, restaurering, kodning og komprimering, som omfatter korrektion af belysning, ændring af størrelse på billeder (digital zoom), kantdetektion og evaluering af segmenteringsalgoritmer. I disse applikationer er CMOS-billedsensorer blevet den mest almindeligt anvendte type billedsensor, der fanger lys for at danne et pixelarray, der tjener som grundlag for efterfølgende billedbehandling.

Det er dog en udfordrende proces at vælge det rigtige objektiv til at integrere med kameramodulet for optimal billedoptagelse og -behandling. Det indebærer at bestemme den korrektesynsfelt (FOV), vælge mellem fast fokus eller autofokus og indstille arbejdsafstanden. Derudover kan optiske fænomener som linsevinnieting og hvidbalanceproblemer forstyrre billedoutputtet, hvilket påvirker den endelige visuelle kvalitet.

I denne artikel vil vi dykke ned i begrebet linsevignettering, analysere dets årsager og give praktiske løsninger til at hjælpe indlejrede kamerabrugere med at eliminere dette billedkvalitetsproblem.

Hvad er objektivvignettering?

Linsvignettering refererer til det gradvise fald i lysstyrke eller mætning fra midten til kanterne eller hjørnerne af et billede. Også kendt som skygge, lysfald eller luminansskygge, måles omfanget af vinnieting typisk i f-stop og afhænger af objektivets blændestørrelse og forskellige designparametre.

Blænden styrer billedets lysstyrke ved at ændre den samlede mængde lys, der når kamerasensoren gennem objektivet.

Vignettering påvirker ikke kun den visuelle kvalitet af et billede, men kan også føre til tab af afgørende visuel information i visse applikationer. For eksempel kan vignettering i industriel inspektion eller medicinsk billeddannelse, der kræver præcis farve- og lysstyrkekonsistens, resultere i fejlvurderinger eller unøjagtige analyser. Derfor er det vigtigt at forstå og træffe foranstaltninger til at reducere eller eliminere objektivvignettering for at sikre billedkvaliteten og forbedre synssystemernes ydeevne.

Hvordan dannes vignettering, og hvilke typer omfatter den?

Hvorfor vignet? Forekomsten af linsevignettering kan tilskrives forskellige faktorer, primært på grund af selve designet af optiske elementer. Blokering af lys med eksterne værktøjer kan forværre dette fænomen, og nogle gange introduceres det bevidst under efterbehandling.

De forskellige årsager til objektivvignettering omfatter:

• Optisk vignettering:Denne type opstår på grund af objektivets fysiske begrænsninger, hvilket forhindrer lys uden for aksen i at nå billedsensorens kanter fuldt ud, hvilket især er tydeligt i komplekse optiske systemer med flere linseelementer.
• Naturlig vignettering:Også kendt som cos4θ fall-off, er det et naturligt fald i lysstyrke på grund af lysvinklen i forhold til billedplanet, efter cosinus fjerde lov, hvor lysstyrken falder hurtigt, når vinklen med den optiske akse øges.
• Chief Ray Angle (CRA):CRA er en vigtig parameter ved valg af objektiver og sensorer, der påvirker lysstyrken og klarheden ved billedkanterne. En overdreven CRA kan forårsage skygger ved billedkanterne, hvilket påvirker billedkvaliteten.
• Mekanisk vignettering:Opstår, når lysstrålen blokeres mekanisk af objektivfatningen, filterringe eller andre genstande, hvilket forårsager kunstig lysstyrkereduktion ved billedkanterne. Dette er almindeligt, når objektivets billedcirkel er mindre end sensorstørrelsen.
• Efterbehandling:Nogle gange, for kunstneriske effekter eller for at fremhæve det centrale motiv i et billede, tilføjer fotografer bevidst optisk vignet under efterbehandlingen.

Hvad er metoderne til at korrigere linsevignettering?

Som nævnt er linsegjettering et uønsket optisk fænomen. Selvom det ikke helt kan undgås, kan det effektivt korrigeres for indlejret syn med følgende foranstaltninger:

• Matchende CRA-værdier:Det er afgørende at sikre, at objektivets CRA-værdi er mindre end sensorens mikrolinse for at eliminere billedbelysnings- eller farveproblemer. Producenter skal kontrollere, at linsedesign matcher sensorlayouts.
• Justering af billedsignalprocessoren (ISP):Internetudbyderen spiller en væsentlig rolle i behandlingen af billeder, der er taget af sensoren. Specifikke procedurer, såsom Imatest, kan teste billedkvaliteten og justere specifikke registre i internetudbyderen for at afbøde linseskygge.
• Forøgelse af b-stop-nummeret:Ved at øge objektivets f-stop-tal (dvs. reducere blænden) kan virkningen af naturlig vignettering eller cos4θ-fald reduceres.
• Brug af en længere brændvidde:I tilfælde af lav f/# (forholdet mellem brændvidde og blændestørrelse), objektiver med kort brændvidde, eller når der er behov for høj opløsning til en lav pris, kan mekanisk kameravignettering elimineres ved at bruge en længere brændvidde.
• Korrektion af fladt felt:En almindelig metode til kraftig linsevinettintg-korrektion, den involverer ensartet belysning af en flad overflade og indfangning af mørke felt- og lysreferencerammer, derefter beregning og anvendelse af fladfeltkorrektion.
• Brug af softwareværktøjer:Forskellige softwareværktøjer, såsom mikroskopi-billedsammenføjningsværktøjer og CamTool, kan bruges til korrektion af linseskygge.
• Brug af telecentriske objektiver:Objektiver, der er designet til at være telecentriske i billedrummet, kan korrigere roll-off, fordi denne telecentricitet producerer ekstremt ensartet billedplanbelysning, hvilket eliminerer det normale cos4θ-fald i billedplansbelysning fra den optiske akse til hjørnet af feltet.

Vi håber, at denne artikel har været nyttig til at adressere linsevignettering. Selvfølgelig, hvis du stadig har spørgsmål om at overvinde linsevignettering i indlejret syn, eller hvis du ønsker at integrereindlejrede kameramoduleri dine produkter, er du velkommen til at kontakte os – Sinoseen, en erfarenKinesisk producent af kameramoduler.