Hvad er hvidbalancekalibrering? Hvad er de påvirkende faktorer?

Uanset om det er indendørs eller udendørs, ved solopgang eller solnedgang, har forskellige lysforhold forskellige effekter på billedernes farvenøjagtighed. Automatisk hvidbalance (AWB), en nøglefunktion i billedsignalprocessoren (ISP), har hovedopgaven med at gendanne de sande farver i en scene under skiftende lysforhold. Korrekt indstilling af AWB er vigtig for outputkvaliteten af et indlejret kameramodul, som påvirker en række aspekter såsom sensoropløsning, pixelstørrelse, lysforhold og objektivvalg. I modsætning til det menneskelige øje, som automatisk tilpasser sig forskellige farvetemperaturer for at afbalancere forskellige farver, skal kameralinser simulere denne proces gennem 'hvidbalance' for at sikre, at outputbilledet er så naturligt som muligt.

 
I indlejrede visionsapplikationer er linsernes farvegengivelsesevne ikke altid den samme, og korrekt automatisk hvidbalancekalibrering er påkrævet. I denne artikel vil vi dykke ned i nøglebegreberne for automatisk hvidbalancekalibrering, analysere forholdet mellem linser og automatisk hvidbalance og forklare farvetemperaturens indvirkning på billedoutput.

 
Hvad er automatisk hvidbalancekalibrering?

Automatisk hvidbalance (AWB) er en must-have-funktion i digitale kameraer. Dens kerneopgave er automatisk at justere farvebalancen i et billede under forskellige lysforhold for at sikre, at hvide og andre neutrale farver bevarer deres sande farver i et billede. ved at kompensere for variationer i farvetemperaturen for en lyskilde giver AWB kameraet mulighed for at fange farver, der er tættere på, hvad det menneskelige øje ser, og bevare naturlige og ensartede farver, selv under blandet lys eller ekstreme lysforhold. naturlige og ensartede farver selv under blandede lyskilder eller ekstreme lysforhold.

 
Hvordan fungerer AWB-funktionen?

AWB-funktionen fungerer baseret på at identificere og justere hvide eller neutrale farveområder i et billede. NårKamera modulregistrerer disse områder, justerer den intensiteten af RGB-kanalerne (rød, grøn og blå) for at sikre, at disse områder viser neutrale farver i billedet. Denne proces involverer komplekse algoritmer, der analyserer billeddataene og automatisk beregner de ønskede farvekorrektionsparametre. I nogle avancerede kamerasystemer er AWB-algoritmer endda i stand til at genkende og tilpasse sig flere lyskilder, herunder dagslys, lysstofrør, glødelamper osv., for at opnå mere nøjagtig farvegengivelse.

Hvad er andre relevante faktorer, der påvirker AWB-implementeringen?

For at implementere AWB skal kameraet forstå, hvordan farven ændrer sig ved forskellige farvetemperaturer. Begrebet farvetemperatur er afledt af farven på lys, der udsendes af sortlegemeradiatorer ved forskellige temperaturer, normalt målt i Kelvin, med forskellige farvetemperaturværdier svarende til forskellige lyskilder og farveatmosfærer. For eksempel er farvetemperaturen på dagslys omkring 5500 K, mens farvetemperaturen på glødelamper er omkring 2800 K. Formålet med AWB er at få hvide objekter, der er fanget af kameraet, til at fremstå som ægte hvide i billedet ved disse forskellige farvetemperaturer.

 
Ud over dette afhænger implementeringen af AWB af billedsignalprocessorens algoritmer og påvirkes af objektivets egenskaber. For at opnå de bedste AWB-resultater er det derfor også ekstremt vigtigt at have en synergistisk kalibrering mellem objektivet og kamerasensoren. Dette inkluderer en kombination af faktorer såsom linsemateriale, filtre, Chief Ray Angle (CRA) og antirefleksbelægning af linsen.

 
Hvordan påvirker objektivet AWb?

Linsen er ikke kun en optisk komponent til billeddannelse, men også en nøglefaktor i farvenøjagtigheden. Objektivets materiale, design og belægning vil have indflydelse på lyset, der passerer gennem det, hvilket igen påvirker farven på det lys, der modtages af kamerasensoren, og i sidste ende påvirker korrektionseffekten af AWB-algoritmen.

• Linse materiale:Linsens materiale kan være plastik eller glas, forskellige materialer har forskellige brydnings- og spredningsegenskaber af lys, hvilket vil ændre lysets bølgelængdefordeling og dermed påvirke gengivelsen af farve. For eksempel kan plastiklinser være mere tilbøjelige til at forårsage kromatisk aberration end glaslinser, hvilket kræver AWB-algoritmer for at kompensere.
• Farvespektrumfiltre:Filtrene, der bruges i linsen, bestemmer, hvilke bølgelængder af lys der kan passere gennem linsen til sensoren. Kvaliteten af disse filtre påvirker direkte farvebalancen, især ved automatisk hvidbalancejustering.
• Chief Rays Vinkel (CRA):CRA beskriver den vinkel, hvormed objektivet modtager lys, for vidvinkelobjektiver er CRA særlig vigtig, fordi det påvirker fordelingen af lys i billedets kanter og farveensartethed. AWB-algoritmer skal tage højde for CRA for at sikre, at farvekorrektionen er konsistent på tværs af hele billedområdet.
• Anti-reflekterende belægninger:Anti-reflekterende belægninger på linser bruges til at minimere interne linserefleksioner, forbedre lystransmission og reducere flare og spøgelser. Kvaliteten af disse belægninger påvirker direkte mængden og kvaliteten af det lys, som sensoren modtager, og dermed AWB's ydeevne.

For at opnå optimale AWB-resultater skal objektivet kalibreres præcist med kamerasensoren og ISP.

 
Hvordan udfører man hvidbalancekalibrering i et indlejret visionssystem?

Automatisk kalibrering af hvidbalance (AWB) involverer finjustering af kameraets billedsignalprocessor (ISP) og de objektiver, der arbejder med den, for at kompensere for farvetemperaturvariationer fra forskellige lyskilder og virkningerne af objektivets egenskaber på farven. Følgende er de detaljerede trin i AWB-kalibreringsprocessen.

1. Valg af farvetemperatur og billedoptagelse:Det første skridt er at tage et testbillede ved en række forudbestemte farvetemperaturer, som typisk omfatter dagslys, lysstofrør, glødelampe osv. Dette trin simulerer den farvetemperatur, som kameraet kan støde på. Dette trin simulerer de forskellige lysmiljøer, som kameraet kan støde på, og giver en database til efterfølgende kalibrering.
2. Anvendelse af hvidbalancealgoritme:dernæst anvendes AWB-algoritmen på de optagne billeder. Målet med algoritmen er at identificere hvide eller neutrale områder i billedet og justere forstærkningen af RGB-kanalerne, så disse områder gøres neutrale ved forskellige farvetemperaturer.
3. Kompensation for linseegenskaber:Da egenskaberne ved linsematerialer, filtre og antirefleksbehandlinger kan påvirke farvegengivelsen, skal der kompenseres for disse faktorer. Dette involverer normalt justering af parametrene i AWB-algoritmen for at korrigere for linseinducerede farveafvigelser.
4. Finjustering og optimering:Under kalibreringsprocessen kan det være nødvendigt med flere iterationer for at finjustere parametrene for AWB-algoritmen. Dette inkluderer justering af farvetemperaturtærskler, optimering af algoritmens responshastighed og sikring af farvekonsistens under forskellige lysforhold.
5. Validering og test:Endelig verificeres effektiviteten af AWB-kalibreringen ved at teste kameraet under faktiske lysforhold. Dette inkluderer at tage billeder under både naturlige og kunstige lyskilder og evaluere farvenøjagtighed og overordnet billedkvalitet.

Hvilke applikationer kræver automatisk hvidbalancekalibrering?

Indendørs fotografering

I indendørsfotografering har fotografer ofte brug for at arbejde med blandede lyskilder, såsom naturligt lys blandet med kunstigt lys. AWB's rolle her er at sikre, at personernes hudfarver og farverne på scenen er naturligt koordinerede. Ved nøjagtigt at kalibrere AWB-algoritmen kan fotografen reducere arbejdsbyrden ved efterredigering og direkte få billeder med god farvebalance.

Bil bakkamera

Bilkameraer fungerer på forskellige tidspunkter af dagen og under forskellige lysforhold. AWB-kalibrering forbedrer billedernes klarhed og farvenøjagtighed, når de bakkes om natten eller på overskyede dage. Ved at optimere AWB kan chauffører få et klart udsyn bagud under forskellige lysforhold og forbedre sikkerheden.

Sinoseen hjælper embedded vision engineering med linsekalibrering og tilpasning af kameramoduler

Hos Sinoseen kan vi hjælpe projektingeniører og teknikere med at vælge det rigtige objektiv og matche det rigtige kameramodul til at opfylde deres applikationskrav. Derudover leverer vi også en række tilpasningstjenester, herunder men ikke begrænset til boligdesign, design om bord og så videre. For mere information om Sinoseens produkter og tjenester,Du er velkommen til at kontakte os.

Ofte stillede spørgsmål

1: Hvorfor har jeg brug for AWB-kalibrering til mit objektiv?

En linses egenskaber såsom materiale, filtre og antireflekterende belægninger påvirker lyset, der passerer gennem den, og dermed farvegengivelsen. AWB-kalibrering af linser udføres for at kompensere for farveafvigelser forårsaget af disse faktorer og for at sikre farvenøjagtighed og naturlighed af billeder.

 
2: Hvordan påvirker farvetemperaturen billedkvaliteten?

Farvetemperaturen bestemmer farven på lyskilden, og forskellige farvetemperaturer resulterer i forskellige farveatmosfærer. Farvetemperaturen påvirker kameraets fortolkning og gengivelse af farver. For eksempel kan et billede under en lyskilde med lav farvetemperatur være varmt, mens et billede under en lyskilde med høj farvetemperatur kan være køligt. AWB kompenserer for disse variationer ved at justere kameraets farvetemperaturindstillinger for at sikre farvenøjagtighed i billedet.