Was ist die Definition eines dunklen Winkels? Wie kann man in Embedded-Vision-Anwendungen korrigieren?

Die rasante Weiterentwicklung von Bildverarbeitungsplattformen hat das Feld revolutioniert und bietet zuverlässige und kostengünstige Embedded-Vision-Lösungen in verschiedenen Märkten. Diese Plattformen verbessern die Bildqualität durch Techniken wie Verbesserung, Wiederherstellung, Codierung und Komprimierung, zu denen die Korrektur der Beleuchtung, die Größenänderung von Bildern (digitaler Zoom), die Kantenerkennung und die Bewertung von Segmentierungsalgorithmen gehören. In diesen Anwendungen haben sich CMOS-Bildsensoren zum am häufigsten verwendeten Bildsensortyp entwickelt, der Licht einfängt, um ein Pixelarray zu bilden, das als Grundlage für die nachfolgende Bildverarbeitung dient.

Die Auswahl des richtigen Objektivs für die Integration in das Kameramodul für eine optimale Bilderfassung und -verarbeitung ist jedoch ein schwieriger Prozess. Es geht darum, die richtigeSichtfeld (FOV), die Wahl zwischen Fixfokus oder Autofokus und die Einstellung des Arbeitsabstands. Darüber hinaus können optische Phänomene wie Objektivverzerrung und Weißabgleichprobleme die Bildausgabe beeinträchtigen und die endgültige visuelle Qualität beeinträchtigen.

In diesem Artikel werden wir uns mit dem Konzept der Objektivvignettierung befassen, ihre Ursachen analysieren und praktische Lösungen anbieten, um Benutzern von Embedded-Kameras zu helfen, dieses Problem der Bildqualität zu beseitigen.

Was ist Scheibenvignettierung?

Unter Objektivvignettierung versteht man die allmähliche Abnahme der Helligkeit oder Sättigung von der Mitte zu den Rändern oder Ecken eines Bildes. Das Ausmaß der Abweichung, die auch als Schattierung, Lichtabfall oder Leuchtdichteschattierung bezeichnet wird, wird in der Regel in Blendenstufen gemessen und hängt von der Blendengröße des Objektivs und verschiedenen Designparametern ab.

Die Blende steuert die Bildhelligkeit, indem sie die Gesamtlichtmenge ändert, die durch das Objektiv auf den Kamerasensor trifft.

Vignettierung beeinträchtigt nicht nur die visuelle Qualität eines Bildes, sondern kann in bestimmten Anwendungen auch zum Verlust wichtiger visueller Informationen führen. Bei der industriellen Inspektion oder der medizinischen Bildgebung, die eine präzise Farb- und Helligkeitskonsistenz erfordern, kann Vignettierung beispielsweise zu Fehleinschätzungen oder ungenauen Analysen führen. Daher ist es wichtig, Maßnahmen zur Reduzierung oder Beseitigung der Scheibenvignettierung zu verstehen und zu ergreifen, um die Bildqualität zu gewährleisten und die Leistung von Bildverarbeitungssystemen zu verbessern.

Wie entsteht die Vignettierung und welche Arten umfasst sie?

Warum Vignette? Das Auftreten von Linsenvignettierung kann auf verschiedene Faktoren zurückgeführt werden, die vor allem auf das Design der optischen Elemente selbst zurückzuführen sind. Die Behinderung des Lichts mit externen Werkzeugen kann dieses Phänomen verschlimmern, und manchmal wird es absichtlich während der Nachbearbeitung eingeführt.

Zu den verschiedenen Ursachen für Scheibenvignettierung gehören:

• Optische Vignettierung:Diese Art tritt aufgrund der physikalischen Einschränkungen des Objektivs auf, die verhindern, dass Licht außerhalb der Achse die Ränder des Bildsensors vollständig erreicht, was sich besonders bei komplexen optischen Systemen mit mehreren Linsenelementen zeigt.
• Natürliche Vignettierung:Es handelt sich um eine natürliche Helligkeitsabnahme aufgrund des Lichtwinkels in Bezug auf die Bildebene, die dem Kosinus-Vierten-Gesetz folgt, bei dem die Helligkeit mit zunehmendem Winkel zur optischen Achse schnell abnimmt.
• Häuptling Ray Angle (CRA):CRA ist ein wichtiger Parameter bei der Auswahl von Objektiven und Sensoren, der die Helligkeit und Klarheit an den Bildrändern beeinflusst. Eine übermäßige CRA kann zu Schatten an den Bildrändern führen, die sich auf die Bildqualität auswirken.
• Mechanische Vignettierung:Tritt auf, wenn der Lichtstrahl mechanisch durch das Objektivbajonett, Filterringe oder andere Objekte blockiert wird, was zu einer künstlichen Helligkeitsreduzierung an den Bildrändern führt. Dies ist üblich, wenn der Bildkreis des Objektivs kleiner ist als die Sensorgröße.
• Nachbearbeitung:Manchmal fügen Fotografen für künstlerische Effekte oder um das zentrale Motiv eines Bildes hervorzuheben, während der Nachbearbeitung absichtlich eine optische Vignette hinzu.

Welche Methoden gibt es, um die Vignettierung von Gläsern zu korrigieren?

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der Vignettierung der Linsen um ein unerwünschtes optisches Phänomen. Obwohl es sich nicht vollständig vermeiden lässt, kann es für Embedded Vision mit folgenden Maßnahmen effektiv korrigiert werden:

• Übereinstimmende CRA-Werte:Die Sicherstellung, dass der CRA-Wert des Objektivs kleiner ist als der der Mikrolinse des Sensors, ist entscheidend, um Probleme mit der Bildbeleuchtung oder der Farbe zu vermeiden. Die Hersteller müssen die Objektivdesigns so überprüfen, dass sie den Sensorlayouts entsprechen.
• Einstellen des Image Signal Processor (ISP):Der ISP spielt eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung der vom Sensor aufgenommenen Bilder. Spezielle Verfahren, wie z. B. Imatest, können die Bildqualität testen und bestimmte Register im ISP anpassen, um die Linsenschattierung zu verringern.
• Erhöhen der Blendenzahl:Durch Erhöhen der Blendenzahl des Objektivs (d. h. durch Verkleinern der Blende) können die Auswirkungen der natürlichen Vignettierung oder des cos4θ-Abfalls reduziert werden.
• Mit einer längeren Brennweite:Bei niedrigen f/# (Verhältnis von Brennweite zu Blendengröße), Objektiven mit kurzer Brennweite oder wenn eine hohe Auflösung zu geringen Kosten erforderlich ist, kann die mechanische Kameravignettierung durch die Verwendung einer längeren Brennweite vermieden werden.
• Flat-Field-Korrektur:Es handelt sich um eine gängige Methode für die Korrektur schwerer Objektive, bei der eine ebene Oberfläche gleichmäßig beleuchtet und Dunkelfeld- und Lichtreferenzbilder erfasst sowie dann die Flat-Field-Korrektur berechnet und angewendet wird.
• Verwendung von Software-Tools:Für die Korrektur der Linsenabschattung können verschiedene Software-Tools wie Mikroskopie-Bild-Stitching-Tools und CamTool verwendet werden.
• Verwendung telezentrischer Objektive:Objektive, die für die Telezentrik im Bildraum ausgelegt sind, können das Abrollen korrigieren, da diese Telezentrizität eine extrem gleichmäßige Ausleuchtung der Bildebene erzeugt und den normalen cos4θ-Abfall bei der Beleuchtung der Bildebene von der optischen Achse bis zur Ecke des Bildfeldes eliminiert.

Wir hoffen, dass dieser Artikel hilfreich war, um die Vignettierung von Gläsern zu beheben. Natürlich, wenn Sie noch Fragen zur Überwindung der Scheibenvignettierung im Embedded Vision haben oder wenn SieEingebettete Kameramodulein Ihre Produkte zu integrieren, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren – Sinoseen, ein erfahrenerChinesischer Hersteller von Kameramodulen.