Was ist die Definition eines dunklen Winkels? Wie kann dies in eingebetteten Vision-Applikationen korrigiert werden?

Der rasante Fortschritt bei Bildverarbeitungsplattformen hat das Feld revolutioniert und zuverlässige sowie kostengünstige eingebettete Vision-Lösungen in verschiedenen Märkten angeboten. Diese Plattformen verbessern die Bildqualität durch Techniken wie Verbesserung, Restauration, Codierung und Kompression, einschließlich der Korrektur der Beleuchtung, Änderung der Bildgröße (digitales Zoomen), Kantenerkennung und Auswertung von Segmentierungsalgorithmen. In diesen Anwendungen haben CMOS-Bildsensoren sich als der am häufigsten verwendete Typ von Bildsensor etabliert, indem sie Licht aufnehmen, um ein Pixelarray zu erstellen, das als Grundlage für nachfolgende Bildverarbeitung dient.

Die Auswahl der richtigen Linse zur Integration mit dem Kameramodul für optimale Bildaufnahme und -verarbeitung ist jedoch ein herausfordernder Prozess. Dabei geht es darum, die richtigeBildwinkel (Field of View, FOV), die Wahl zwischen Fixfokus oder Autofokus und die Einstellung der Arbeitsdistanz zu bestimmen. Zudem können optische Phänomene wie Blendeneffekte und Weißabgleichprobleme die Bildausgabe beeinträchtigen und so die endgültige visuelle Qualität beeinflussen.

In diesem Artikel werden wir uns mit dem Konzept des Blendeneffekts auseinandersetzen, seine Ursachen analysieren und praktische Lösungen bieten, um Benutzer von eingebetteten Kameras bei der Beseitigung dieses Bildqualitätsproblems zu helfen.

Was ist Lens Vignetting?

Lens Vignetting bezeichnet den allmählichen Abbau von Helligkeit oder Sättigung vom Zentrum hin zu den Rändern oder Ecken eines Bildes. Auch als Schattierung, Lichtabfall oder Luminanzschattierung bekannt, wird der Ausmaß des Vignettierens typischerweise in Blendenstufen gemessen und hängt von der Blendenöffnung und verschiedenen Designparametern ab.

Die Blende steuert die Bildhelligkeit, indem sie die Gesamtmenge an Licht reguliert, die durch das Objektiv auf den Kamerasurechner trifft.

Vignettierung beeinflusst nicht nur die visuelle Qualität eines Bildes, sondern kann auch zur Verlust von entscheidenden visuellen Informationen in bestimmten Anwendungen führen. Zum Beispiel in der industriellen Prüfung oder medizinischen Bildgebung, die eine präzise Farb- und Helligkeitskonsistenz erfordert, kann Vignettierung zu falschen Urteilen oder ungenauen Analysen führen. Daher ist es essenziell, Vignettierung zu verstehen und Maßnahmen zu ergreifen, um sie zu reduzieren oder zu eliminieren, um die Bildqualität sicherzustellen und die Leistung von Visionssystemen zu verbessern.

Wie entsteht Vignettierung, und welche Arten gibt es?

Warum Vignettierung? Die Auftreten von Objektiv-Vignettierung kann auf verschiedene Faktoren zurückgeführt werden, vor allem aufgrund des Designs der optischen Elemente selbst. Das Abschneiden von Licht mit externen Werkzeugen kann dieses Phänomen verschlimmern, und manchmal wird es absichtlich während der Nachbearbeitung eingeführt.

Die verschiedenen Ursachen von Objektiv-Vignettierung umfassen:

• Optische Vignettierung:Dieser Typ tritt aufgrund der physikalischen Grenzen des Objektivs auf, das verhindert, dass außerhalb der Achse einfallendes Licht vollständig die Ränder des Bildsensors erreicht, insbesondere in komplexen optischen Systemen mit mehreren Linsenelementen sichtbar.
• Natürliche Vignettierung:Auch als cos4θ-Abfall bekannt, ist es ein natürlicher Rückgang der Helligkeit aufgrund des Winkels des Lichts im Bezug zur Bild Ebene, gemäß dem Kosinusviertgesetz, wobei sich die Helligkeit schnell verringert, wenn der Winkel zur optischen Achse zunimmt.
• Chief Ray Angle (CRA):CRA ist ein wichtiger Parameter bei der Auswahl von Objektiven und Sensoren, der die Helligkeit und Klarheit am Bildrand beeinflusst. Ein übermäßiger CRA kann Schatten am Bildrand verursachen und so die Bildqualität beeinträchtigen.
• Mechanische Vignettierung:Tritt auf, wenn der Lichtstrahl durch das Objektivgehäuse, Filterringe oder andere Gegenstände mechanisch blockiert wird, was zu einer künstlichen Helligkeitsreduzierung am Bildrand führt. Dies ist verbreitet, wenn der Bildkreis des Objektivs kleiner als die Sensorgöße ist.
• Nachbearbeitung:Manchmal fügen Fotografen absichtlich optische Vignettierung im Nachbearbeitungsprozess hinzu, um künstlerische Effekte zu erzielen oder das zentrale Motiv eines Bildes hervorzuheben.

Welche Methoden gibt es zur Korrektur von Objektivvignettierung?

Wie besprochen ist Objektivvignettierung ein unerwünschtes optisches Phänomen. Obwohl es nicht vollständig vermieden werden kann, lässt es sich effektiv mit folgenden Maßnahmen für eingebettete Vision korrigieren:

• Anpassung der CRA-Werte:Sicherzustellen, dass der CRA-Wert des Objektivs kleiner ist als der der Mikrolinsen des Sensors, ist entscheidend, um Bildhelligkeits- oder Farbprobleme zu beseitigen. Hersteller müssen Objektivdesigns überprüfen, um sie den Sensorlayouts anzupassen.
• Anpassung des Bildsignalprozessors (ISP):Der ISP spielt eine bedeutende Rolle bei der Verarbeitung von vom Sensor aufgenommenen Bildern. Spezifische Verfahren, wie Imatest, können die Bildqualität testen und bestimmte Register im ISP anpassen, um das Linsenschattierungseffekt zu reduzieren.
• Erhöhung der Blendenzahl:Durch Erhöhung der Blendenzahl der Linse (d.h. Verringerung der Blende) kann der Einfluss der natürlichen Vignettierung oder des cos4θ-Abfalls reduziert werden.
• Verwendung einer längeren Brennweite:In Fällen mit niedriger f/# (Verhältnis von Brennweite zu Blendenöffnung), kurzen Brennweitenlinsen oder wenn eine hohe Auflösung zu geringen Kosten benötigt wird, kann die mechanische Kameravignettierung durch Verwendung einer längeren Brennweite beseitigt werden.
• Flächenkorrektur:Eine gebräuchliche Methode zur Korrektur starker Linsenvignettierung, die dabei besteht, eine ebene Oberfläche gleichförmig zu beleuchten und Dunkelfeld- und Lichtreferenzbilder aufzunehmen, bevor die Flächenkorrektur berechnet und angewendet wird.
• Verwendung von Softwaretools:Verschiedene Softwaretools, wie Mikroskopie-Bildverbindungstools und CamTool, können für die Korrektur von Linsenschattierung verwendet werden.
• Verwendung von telezentrischen Linsen:Linsen, die dafür konzipiert sind, im Bildraum telezentrisch zu sein, können Roll-off korrigieren, da diese Telezentrität eine äußerst gleichmäßige Beleuchtung der Bildebene erzeugt und den normalen cos4θ-Abfall der Bildebenenbeleuchtung vom optischen Achsenkreuz bis in die Ecke des Feldes eliminieren.

Wir hoffen, dass dieser Artikel hilfreich war bei der Behandlung von Objektiv-Vignettierung. Natürlich können Sie uns kontaktieren, wenn Sie noch Fragen zur Überwindung der Objektiv-Vignettierung in der eingebetteten Vision haben oder wenn Sieeingebettete KamerasModulein Ihre Produkte integrieren möchten – Sinoseen, ein erfahrenerChinesischer Hersteller von Kameramodulen.