Ποια είναι η ορολογία της σκοτεινής γωνίας; Πώς να τροποποιηθεί σε εφαρμογές ενσωματωμένης όρασης;

Η ταχεία πρόοδος των πλατφορμών επεξεργασίας εικόνας έχει επαναστατήσει τον τομέα, προσφέροντας αξιόπιστες και οικονομικές ενσωματωμένες λύσεις όρασης σε διάφορες αγορές. Αυτές οι πλατφόρμες βελτιώνουν την ποιότητα εικόνας μέσω τεχνικών όπως η ενίσχυση, η αποκατάσταση, η κωδικοποίηση και η συμπίεση, οι οποίες περιλαμβάνουν τη διόρθωση του φωτισμού, την αλλαγή μεγέθους εικόνων (ψηφιακό ζουμ), την ανίχνευση άκρων και την αξιολόγηση αλγορίθμων τμηματοποίησης. Σε αυτές τις εφαρμογές, οι αισθητήρες εικόνας CMOS έχουν γίνει ο πιο κοινά χρησιμοποιούμενος τύπος αισθητήρα εικόνας, συλλαμβάνοντας φως για να σχηματίσουν ένα πλέγμα pixel που χρησιμεύει ως θεμέλιο για την επόμενη επεξεργασία εικόνας.

Ωστόσο, η επιλογή του σωστού φακού για την ενσωμάτωσή του με το module της κάμερας για βέλτιστη λήψη και επεξεργασία εικόνας είναι μια προκλητική διαδικασία. Περιλαμβάνει τον προσδιορισμό του σωστού πεδίου θέασης (FOV) , την επιλογή μεταξύ στατικού εστιακού μήκους ή αυτόματης εστίασης, και τη ρύθμιση της απόστασης εργασίας. Επιπλέον, οπτικά φαινόμενα όπως η βινιέτα του φακού και τα προβλήματα ισορροπίας λευκού μπορούν να παρεμβαίνουν στην έξοδο εικόνας, επηρεάζοντας την τελική οπτική ποιότητα.

Σε αυτό το άρθρο, θα εμβαθύνουμε στην έννοια της βινιέτας του φακού, θα αναλύσουμε τις αιτίες της και θα παρέχουμε πρακτικές λύσεις για να βοηθήσουμε τους χρήστες ενσωματωμένων καμερών να εξαλείψουν αυτό το πρόβλημα ποιότητας εικόνας.

Τι είναι η βινιέτα του φακού;

Η βινιέτα του φακού αναφέρεται στη σταδιακή μείωση της φωτεινότητας ή της κορεσμού από το κέντρο προς τις άκρες ή τις γωνίες μιας εικόνας. Γνωστή επίσης ως σκίαση, πτώση φωτός ή σκίαση φωτεινότητας, η έκταση της βινιέτας μετράται συνήθως σε f-stops και εξαρτάται από το μέγεθος του διαφράγματος του φακού και διάφορες παραμέτρους σχεδίασης.

Το διάφραγμα ελέγχει τη φωτεινότητα της εικόνας αλλάζοντας τη συνολική ποσότητα φωτός που φτάνει στον αισθητήρα της κάμερας μέσω του φακού.

Η βινιέτα όχι μόνο επηρεάζει την οπτική ποιότητα μιας εικόνας αλλά μπορεί επίσης να οδηγήσει στην απώλεια κρίσιμων οπτικών πληροφοριών σε ορισμένες εφαρμογές. Για παράδειγμα, στην βιομηχανική επιθεώρηση ή την ιατρική απεικόνιση που απαιτεί ακριβή συνέπεια χρώματος και φωτεινότητας, η βινιέτα μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα λανθασμένες κρίσεις ή ανακριβείς αναλύσεις. Επομένως, η κατανόηση και η λήψη μέτρων για τη μείωση ή την εξάλειψη της βινιέτας του φακού είναι απαραίτητη για την εξασφάλιση της ποιότητας της εικόνας και την ενίσχυση της απόδοσης των συστημάτων όρασης.

Πώς σχηματίζεται η βινιέτα και ποιους τύπους περιλαμβάνει;

γιατί βινιέτα; Η εμφάνιση της βινιέτας του φακού μπορεί να αποδοθεί σε διάφορους παράγοντες, κυρίως λόγω του σχεδιασμού των οπτικών στοιχείων. Η απόφραξη του φωτός με εξωτερικά εργαλεία μπορεί να επιδεινώσει αυτό το φαινόμενο, και μερικές φορές εισάγεται σκόπιμα κατά τη διάρκεια της μετα-επεξεργασίας.

Οι διάφορες αιτίες του βινιετάρισματος φακού περιλαμβάνουν:

• Οπτικό βινιέτισμα: Αυτός ο τύπος συμβαίνει λόγω των φυσικών περιορισμών του φακού, εμποδίζοντας το εκτός άξονα φως να φτάσει πλήρως στις άκρες του αισθητήρα εικόνας, ιδιαίτερα εμφανές σε σύνθετα οπτικά συστήματα με πολλαπλά στοιχεία φακού.
• Φυσικό βινιέτισμα: Γνωστό και ως πτώση cos4θ, είναι μια φυσική μείωση της φωτεινότητας λόγω της γωνίας του φωτός σε σχέση με το επίπεδο εικόνας, ακολουθώντας τον τέταρτο νόμο του συνημίτονου, όπου η φωτεινότητα μειώνεται γρήγορα καθώς η γωνία με τον οπτικό άξονα αυξάνεται.
• Γωνία Κύριου Ακτίνα (CRA): Η CRA είναι μια σημαντική παράμετρος κατά την επιλογή φακών και αισθητήρων, επηρεάζοντας τη φωτεινότητα και την καθαρότητα στις άκρες της εικόνας. Μια υπερβολική CRA μπορεί να προκαλέσει σκιές στις άκρες της εικόνας, επηρεάζοντας την ποιότητα της εικόνας.
• Μηχανικό βινιέτισμα: Συμβαίνει όταν η δέσμη φωτός μπλοκάρεται μηχανικά από τη βάση του φακού, τα φίλτρα ή άλλα αντικείμενα, προκαλώντας τεχνητή μείωση της φωτεινότητας στις άκρες της εικόνας. Αυτό είναι κοινό όταν ο κύκλος εικόνας του φακού είναι μικρότερος από το μέγεθος του αισθητήρα.
• Μεταποίηση: Μερικές φορές, για καλλιτεχνικά εφέ ή για να τονίσουν το κεντρικό θέμα μιας εικόνας, οι φωτογράφοι προσθέτουν σκόπιμα οπτικό βινιέτα κατά την επεξεργασία μετά την λήψη.

Ποιες είναι οι μέθοδοι για τη διόρθωση του βινιέτου του φακού;

Όπως συζητήθηκε, το βινιέτο του φακού είναι ένα ανεπιθύμητο οπτικό φαινόμενο. Αν και δεν μπορεί να αποφευχθεί εντελώς, μπορεί να διορθωθεί αποτελεσματικά για ενσωματωμένη όραση με τα εξής μέτρα:

• Αντιστοίχιση τιμών CRA: Είναι κρίσιμο να διασφαλιστεί ότι η τιμή CRA του φακού είναι μικρότερη από αυτή του μικροφακού του αισθητήρα για την εξάλειψη προβλημάτων φωτισμού ή χρώματος στην εικόνα. Οι κατασκευαστές πρέπει να ελέγχουν τα σχέδια των φακών για να ταιριάζουν με τις διατάξεις των αισθητήρων.
• Ρύθμιση του Επεξεργαστή Σημάτων Εικόνας (ISP): Ο ISP παίζει σημαντικό ρόλο στην επεξεργασία εικόνων που καταγράφονται από τον αισθητήρα.
• Αυξάνοντας τον αριθμό f-stop: Αυξάνοντας τον αριθμό f-stop του φακού (δηλαδή, μειώνοντας το διάφραγμα), η επίδραση του φυσικού βινιετάρισματος ή της πτώσης cos4θ μπορεί να μειωθεί.
• Χρησιμοποιώντας μεγαλύτερη εστιακή απόσταση: Σε περιπτώσεις χαμηλού f/# (αναλογία εστιακής απόστασης προς το μέγεθος του διαφράγματος), φακοί μικρής εστιακής απόστασης, ή όταν απαιτείται υψηλή ανάλυση με χαμηλό κόστος, το μηχανικό βινιετάρισμα της κάμερας μπορεί να εξαλειφθεί χρησιμοποιώντας μεγαλύτερη εστιακή απόσταση.
• Διόρθωση επίπεδου πεδίου: Μια κοινή μέθοδος για τη διόρθωση του βαρύ βινιετάρισματος του φακού, περιλαμβάνει την ομοιόμορφη φωτισμένη επιφάνεια και την καταγραφή σκοτεινών και φωτεινών αναφορών, στη συνέχεια υπολογίζει και εφαρμόζει τη διόρθωση επίπεδου πεδίου.
• Χρησιμοποιώντας εργαλεία λογισμικού: Διάφορα εργαλεία λογισμικού, όπως εργαλεία ραφής εικόνας μικροσκοπίας και CamTool, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διόρθωση του βινιετάρισματος του φακού.
• Χρησιμοποιώντας τηλεκεντρικούς φακούς: Οι φακοί που έχουν σχεδιαστεί για να είναι τηλεκεντρικοί στον χώρο της εικόνας μπορούν να διορθώσουν την πτώση φωτεινότητας γιατί αυτή η τηλεκεντρικότητα παράγει εξαιρετικά ομοιόμορφο φωτισμό στο επίπεδο της εικόνας, εξαλείφοντας την κανονική πτώση cos4θ στον φωτισμό του επιπέδου της εικόνας από τον οπτικό άξονα μέχρι τη γωνία του πεδίου.

Ελπίζουμε αυτό το άρθρο να έχει βοηθήσει στην αντιμετώπιση του φαινομένου vignetting των φακών. Φυσικά, αν έχετε ακόμα ερωτήσεις σχετικά με την υπέρβαση του vignetting των φακών σε ενσωματωμένη όραση ή αν επιθυμείτε να ενσωματώσετε ενσωματωμένα modules κάμερας στα προϊόντα σας, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας—Sinoseen, μια έμπειρη Κινέζος κατασκευαστής μονάδας κάμερας .