Was ist die Kalibrierung des Weißabgleichs? Was sind die Einflussfaktoren?

Ob drinnen oder draußen, bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang, unterschiedliche Lichtverhältnisse wirken sich unterschiedlich auf die Farbgenauigkeit von Bildern aus. Der automatische Weißabgleich (AWB), eine Schlüsselfunktion des Image Signal Processor (ISP), hat die Hauptaufgabe, die wahren Farben einer Szene bei wechselnden Lichtverhältnissen wiederherzustellen. Die korrekte Einstellung des AWB ist wichtig für die Ausgabequalität eines eingebetteten Kameramoduls, was sich auf eine Reihe von Aspekten wie Sensorauflösung, Pixelgröße, Lichtverhältnisse und Objektivauswahl auswirkt. Im Gegensatz zum menschlichen Auge, das sich automatisch an unterschiedliche Farbtemperaturen anpasst, um verschiedene Farben auszugleichen, müssen Kameraobjektive diesen Prozess durch einen "Weißabgleich" simulieren, um sicherzustellen, dass das Ausgabebild so natürlich wie möglich ist.

 
Bei Embedded-Vision-Anwendungen ist die Farbwiedergabefähigkeit von Objektiven nicht immer gleich, und es ist eine ordnungsgemäße automatische Weißabgleichskalibrierung erforderlich. In diesem Artikel gehen wir auf die Schlüsselkonzepte der automatischen Weißabgleichskalibrierung ein, analysieren die Beziehung zwischen Objektiven und automatischem Weißabgleich und erklären den Einfluss der Farbtemperatur auf die Bildausgabe.

 
Was ist die automatische Weißabgleich-Kalibrierung?

Der automatische Weißabgleich (AWB) ist ein Muss bei Digitalkameras. Seine Kernaufgabe besteht darin, die Farbbalance eines Bildes unter verschiedenen Lichtverhältnissen automatisch anzupassen, um sicherzustellen, dass Weiß und andere neutrale Farben ihre wahren Farben in einem Bild beibehalten. Durch die Kompensation von Schwankungen in der Farbtemperatur einer Lichtquelle ermöglicht AWB der Kamera, Farben zu erfassen, die näher an dem liegen, was das menschliche Auge sieht, und natürliche und konsistente Farben beizubehalten, selbst bei gemischtem Licht oder extremen Lichtverhältnissen. Natürliche und gleichmäßige Farben auch bei gemischten Lichtquellen oder extremen Lichtverhältnissen.

 
Wie funktioniert die AWB-Funktion?

Die AWB-Funktion basiert auf der Identifizierung und Anpassung von weißen oder neutralen Farbbereichen in einem Bild. Wenn die OptionKamera-Moduldiese Bereiche erkennt, passt es die Intensität der RGB-Kanäle (Rot, Grün und Blau) an, um sicherzustellen, dass diese Bereiche im Bild neutrale Farben anzeigen. Dabei handelt es sich um komplexe Algorithmen, die die Bilddaten analysieren und automatisch die gewünschten Farbkorrekturparameter berechnen. In einigen fortschrittlichen Kamerasystemen sind AWB-Algorithmen sogar in der Lage, mehrere Lichtquellen zu erkennen und sich an diese anzupassen, darunter Tageslicht, Leuchtstofflampen, Glühlampen usw., um eine genauere Farbwiedergabe zu erreichen.

Was sind weitere relevante Faktoren, die die AWB-Implementierung beeinflussen?

Um AWB zu implementieren, muss die Kamera verstehen, wie sich die Farbe bei verschiedenen Farbtemperaturen ändert. Das Konzept der Farbtemperatur leitet sich von der Farbe des Lichts ab, das von Schwarzkörperheizkörpern bei unterschiedlichen Temperaturen emittiert wird, die normalerweise in Kelvin gemessen werden, wobei unterschiedliche Farbtemperaturwerte unterschiedlichen Lichtquellen und Farbatmosphären entsprechen. So liegt die Farbtemperatur des Tageslichts bei etwa 5500 K, während die Farbtemperatur von Glühlampen bei etwa 2800 K liegt. Der Zweck von AWB besteht darin, weiße Objekte, die von der Kamera erfasst werden, bei diesen unterschiedlichen Farbtemperaturen als echtes Weiß im Bild erscheinen zu lassen.

 
Darüber hinaus hängt die Implementierung von AWB von den Algorithmen des Bildsignalprozessors ab und wird durch die Eigenschaften des Objektivs beeinflusst. Um die besten AWB-Ergebnisse zu erzielen, ist es daher auch äußerst wichtig, eine synergistische Kalibrierung zwischen dem Objektiv und dem Kamerasensor zu haben. Dazu gehört eine Kombination von Faktoren wie dem Linsenmaterial, den Filtern, dem Chief Ray Angle (CRA) und der Antireflexbeschichtung der Linse.

 
Wie wirkt sich das Objektiv auf den AWb aus?

Das Objektiv ist nicht nur eine optische Komponente für die Bildgebung, sondern auch ein Schlüsselfaktor für die Farbgenauigkeit. Das Material, das Design und die Beschichtung des Objektivs wirken sich auf das Licht aus, das durch das Objektiv fällt, was sich wiederum auf die Farbe des vom Kamerasensor empfangenen Lichts und letztendlich auf die Korrekturwirkung des AWB-Algorithmus auswirkt.

• Material der Gläser:Das Material der Linse kann Kunststoff oder Glas sein, verschiedene Materialien haben unterschiedliche Brechungs- und Dispersionseigenschaften des Lichts, was die Wellenlängenverteilung des Lichts ändert und somit die Farbwiedergabe beeinflusst. Zum Beispiel können Kunststofflinsen mit größerer Wahrscheinlichkeit chromatische Aberration verursachen als Glaslinsen, was AWB-Algorithmen erfordert, um dies zu kompensieren.
• Farbspektrum-Filter:Die im Objektiv verwendeten Filter bestimmen, welche Wellenlängen des Lichts durch das Objektiv zum Sensor gelangen können. Die Qualität dieser Filter wirkt sich direkt auf die Farbbalance aus, insbesondere bei der automatischen Weißabgleichsanpassung.
• Chief Rays Winkel (CRA):CRA beschreibt den Winkel, bei dem das Objektiv Licht empfängt, bei Weitwinkelobjektiven ist CRA besonders wichtig, da sie die Lichtverteilung an den Bildrändern und die Farbgleichmäßigkeit beeinflusst. AWB-Algorithmen müssen die CRA berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die Farbkorrektur über den gesamten Bildbereich hinweg konsistent ist.
• Antireflex-Beschichtungen:Antireflexbeschichtungen auf Linsen werden verwendet, um interne Linsenreflexionen zu minimieren, die Lichtdurchlässigkeit zu verbessern und Streulicht und Geisterbilder zu reduzieren. Die Qualität dieser Beschichtungen wirkt sich direkt auf die Menge und Qualität des vom Sensor empfangenen Lichts und damit auf die Leistung von AWB aus.

Um optimale AWB-Ergebnisse zu erzielen, muss das Objektiv genau mit dem Kamerasensor und dem ISP kalibriert werden.

 
Wie führe ich eine Weißabgleichskalibrierung in einem Embedded-Vision-System durch?

Bei der Kalibrierung des automatischen Weißabgleichs (AWB) müssen der Image Signal Processor (ISP) der Kamera und die damit arbeitenden Objektive fein abgestimmt werden, um Farbtemperaturschwankungen verschiedener Lichtquellen und die Auswirkungen der Objektiveigenschaften auf die Farbe auszugleichen. Im Folgenden finden Sie die detaillierten Schritte des AWB-Kalibrierungsprozesses.

1. Auswahl der Farbtemperatur und Bildaufnahme:Der erste Schritt besteht darin, ein Testbild bei einer Reihe von vorgegebenen Farbtemperaturen aufzunehmen, die typischerweise Tageslicht, Leuchtstofflampen, Glühlampen usw. umfassen. In diesem Schritt wird die Farbtemperatur simuliert, der die Kamera begegnen kann. Dieser Schritt simuliert die verschiedenen Lichtumgebungen, denen die Kamera begegnen kann, und stellt eine Datenbank für die spätere Kalibrierung zur Verfügung.
2. Anwendung des Weißabgleich-Algorithmus:Anschließend wird der AWB-Algorithmus auf die aufgenommenen Bilder angewendet. Das Ziel des Algorithmus ist es, weiße oder neutrale Bereiche im Bild zu identifizieren und die Verstärkung der RGB-Kanäle so anzupassen, dass diese Bereiche bei unterschiedlichen Farbtemperaturen neutral gerendert werden.
3. Kompensation der Objektiveigenschaften:Da die Eigenschaften von Linsenmaterialien, Filtern und Antireflexbeschichtungen die Farbwiedergabe beeinflussen können, müssen diese Faktoren kompensiert werden. Dies beinhaltet in der Regel die Anpassung der Parameter im AWB-Algorithmus, um linseninduzierte Farbabweichungen zu korrigieren.
4. Feinabstimmung und Optimierung:Während des Kalibrierungsprozesses können mehrere Iterationen erforderlich sein, um die Parameter des AWB-Algorithmus fein abzustimmen. Dazu gehören die Anpassung von Farbtemperaturschwellenwerten, die Optimierung der Reaktionsgeschwindigkeit des Algorithmus und die Sicherstellung der Farbkonsistenz unter verschiedenen Lichtverhältnissen.
5. Validierung und Prüfung:Schließlich wird die Wirksamkeit der AWB-Kalibrierung überprüft, indem die Kamera unter realen Lichtbedingungen getestet wird. Dazu gehören die Aufnahme von Bildern sowohl unter natürlichen als auch unter künstlichen Lichtquellen sowie die Bewertung der Farbgenauigkeit und der allgemeinen Bildqualität.

Für welche Anwendungen ist eine automatische Kalibrierung des Weißabgleichs erforderlich?

Fotografie im Innenbereich

In der Innenfotografie müssen Fotografen oft mit gemischten Lichtquellen arbeiten, z. B. mit natürlichem Licht, das mit künstlichem Licht gemischt wird. Die Rolle von AWB besteht hier darin, dafür zu sorgen, dass die Hauttöne der Menschen und die Farben der Szene auf natürliche Weise aufeinander abgestimmt sind. Durch die genaue Kalibrierung des AWB-Algorithmus kann der Fotograf den Arbeitsaufwand für die Nachbearbeitung reduzieren und direkt Bilder mit guter Farbbalance erhalten.

Rückfahrkamera für Autos

Rückfahrkameras arbeiten zu unterschiedlichen Tageszeiten und bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen. Die AWB-Kalibrierung verbessert die Klarheit und Farbgenauigkeit von Bildern beim Rückwärtsfahren bei Nacht oder an bewölkten Tagen. Durch die Optimierung des AWB kann der Fahrer bei verschiedenen Lichtverhältnissen eine klare Sicht nach hinten erhalten und die Sicherheit erhöhen.

Sinoseen unterstützt das Embedded Vision Engineering bei der Objektivkalibrierung und der Anpassung von Kameramodulen

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Häufig gestellte Fragen

1: Warum benötige ich eine AWB-Kalibrierung für mein Objektiv?

Die Eigenschaften einer Linse wie Material, Filter und Antireflexbeschichtungen beeinflussen das Licht, das sie durchdringt, und damit die Farbwiedergabe. Die AWB-Kalibrierung von Objektiven wird durchgeführt, um durch diese Faktoren verursachte Farbabweichungen zu kompensieren und die Farbgenauigkeit und Natürlichkeit der Bilder zu gewährleisten.

 
2: Wie wirkt sich die Farbtemperatur auf die Bildqualität aus?

Die Farbtemperatur bestimmt die Farbe der Lichtquelle, und unterschiedliche Farbtemperaturen führen zu unterschiedlichen Farbatmosphären. Die Farbtemperatur beeinflusst die Interpretation und Wiedergabe von Farben durch die Kamera. Beispielsweise kann ein Bild unter einer Lichtquelle mit niedriger Farbtemperatur warm sein, während ein Bild unter einer Lichtquelle mit hoher Farbtemperatur kühl sein kann. AWB gleicht diese Schwankungen aus, indem es die Farbtemperatureinstellungen der Kamera anpasst, um die Farbgenauigkeit im Bild zu gewährleisten.