Ποιος είναι ο ορισμός της σκοτεινής γωνίας; Πώς να διορθώσετε σε εφαρμογές ενσωματωμένης όρασης;

Η ταχεία πρόοδος των πλατφορμών επεξεργασίας εικόνας έχει φέρει επανάσταση στον τομέα, προσφέροντας αξιόπιστες και οικονομικά αποδοτικές λύσεις ενσωματωμένης όρασης σε διάφορες αγορές. Αυτές οι πλατφόρμες βελτιώνουν την ποιότητα της εικόνας μέσω τεχνικών όπως η βελτίωση, 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 συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος αισθητήρα εικόνας, συλλαμβάνοντας φως για να σχηματίσουν μια συστοιχία εικονοστοιχείων που χρησιμεύει ως βάση για την επακόλουθη επεξεργασία εικόνας.

Ωστόσο, η επιλογή του σωστού φακού για ενσωμάτωση στη μονάδα κάμερας για βέλτιστη λήψη και επεξεργασία εικόνας είναι μια δύσκολη διαδικασία. Περιλαμβάνει τον προσδιορισμό του σωστούοπτικό πεδίο (FOV), επιλέγοντας μεταξύ σταθερής εστίασης ή αυτόματης εστίασης και ρυθμίζοντας την απόσταση εργασίας. Επιπλέον, οπτικά φαινόμενα όπως το vinnieting του φακού και τα προβλήματα ισορροπίας λευκού μπορούν να επηρεάσουν την έξοδο της εικόνας, επηρεάζοντας την τελική οπτική ποιότητα.

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

Τι είναι η βινιέτα φακού;

Η βινιέτα φακού αναφέρεται στη σταδιακή μείωση της φωτεινότητας ή του κορεσμού από το κέντρο προς τα άκρα ή τις γωνίες μιας εικόνας. Επίσης γνωστή ως σκίαση, πτώση φωτός ή σκίαση φωτεινότητας, η έκταση του vinnieting μετράται συνήθως σε f-stop και εξαρτάται από το μέγεθος του διαφράγματος του φακού και διάφορες παραμέτρους σχεδιασμού.

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

Η βινιέτα δεν επηρεάζει μόνο την οπτική ποιότητα μιας εικόνας, αλλά μπορεί επίσης να οδηγήσει στην απώλεια κρίσιμων οπτικών πληροφοριών σε ορισμένες εφαρμογές. Για παράδειγμα, σε βιομηχανική επιθεώρηση ή ιατρική απεικόνιση που απαιτεί ακριβή συνοχή χρώματος και φωτεινότητας, η βινιέτα μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένες εκτιμήσεις ή ανακριβή ανάλυση. Ως εκ τούτου, η κατανόηση και η λήψη μέτρων για τη μείωση ή την εξάλειψη της βινιέτας φακού είναι απαραίτητη για τη διασφάλιση της ποιότητας της εικόνας και τη βελτίωση της απόδοσης των συστημάτων όρασης.

Πώς σχηματίζεται η βινιέτα και ποιοι τύποι περιλαμβάνει;

Γιατί βινιέτα; Η εμφάνιση βινιέτας φακού μπορεί να αποδοθεί σε διάφορους παράγοντες, κυρίως λόγω του σχεδιασμού των ίδιων των οπτικών στοιχείων. Η παρεμπόδιση 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 της βινιέτας φακού περιλαμβάνουν:

• Οπτική βινιέτα:Αυτός ο τύπος συμβαίνει λόγω των φυσικών περιορισμών του φακού, εμποδίζοντας το φως εκτός άξονα να φτάσει πλήρως στις άκρες του αισθητήρα εικόνας, ιδιαίτερα εμφανές σε πολύπλοκα οπτικά συστήματα με πολλαπλά στοιχεία φακού.
• Φυσική βινιέτα:Γνωστή και ως cos4θ fall-off, είναι μια φυσική μείωση της φωτεινότητας λόγω της γωνίας του φωτός σε σχέση με το επίπεδο της εικόνας, ακολουθώντας τον τέταρτο νόμο του συνημιτόνου, όπου η φωτεινότητα πέφτει γρήγορα καθώς αυξάνεται η γωνία με τον οπτικό άξονα.
• Επικεφαλής Ray Angle (CRA):Το CRA είναι μια σημαντική παράμετρος κατά την επιλογή φακών και αισθητήρων, επηρεάζοντας τη φωτεινότητα και τη σαφήνεια στα άκρα της εικόνας. Ένας υπερβολικός ΟΑΠΙ μπορεί να προκαλέσει σκιές στα άκρα της εικόνας, επηρεάζοντας την ποιότητα της εικόνας.
• Μηχανική βινιέτα:Εμφανίζεται όταν η δέσμη φωτός εμποδίζεται μηχανικά από τη βάση του φακού, τους δακτυλίους φίλτρου ή άλλα αντικείμενα, προκαλώντας τεχνητή μείωση της φωτεινότητας στα άκρα της εικόνας. Αυτό είναι σύνηθες όταν ο κύκλος εικόνας του φακού είναι μικρότερος από το μέγεθος του αισθητήρα.
• Μετεπεξεργασία:Μερικές φορές, για καλλιτεχνικά εφέ ή για να τονίσουν το κεντρικό θέμα μιας εικόνας, οι φωτογράφοι προσθέτουν σκόπιμα οπτική βινιέτα κατά τη διάρκεια της μετα-επεξεργασίας.

Ποιες είναι οι μέθοδοι για τη διόρθωση της βινιέτας του φακού;

Όπως συζητήθηκε, η βινιέτα φακού είναι ένα ανεπιθύμητο οπτικό φαινόμενο. Αν και δεν μπορεί να αποφευχθεί εντελώς, μπορεί να διορθωθεί αποτελεσματικά για την ενσωματωμένη όραση με τα ακόλουθα μέτρα:

• Αντιστοίχιση τιμών CRA:Η διασφάλιση ότι η τιμή CRA του φακού είναι μικρότερη από αυτή του μικροφακού του αισθητήρα είναι ζωτικής σημασίας για την εξάλειψη του φωτισμού απεικόνισης ή των προβλημάτων χρώματος. Οι κατασκευαστές πρέπει να ελέγχουν τα σχέδια των φακών ώστε να ταιριάζουν με τις διατάξεις των αισθητήρων.
• Ρύθμιση του επεξεργαστή σήματος εικόνας (ISP):Ο ISP παίζει σημαντικό ρόλο στην επεξεργασία εικόνων που λαμβάνονται από τον αισθητήρα. Συγκεκριμένες διαδικασίες, όπως το Imatest, μπορούν να ελέγξουν την ποιότητα της εικόνας και να προσαρμόσουν συγκεκριμένους καταχωρητές στον ISP για να μετριάσουν τη σκίαση του φακού.
• Αύξηση του αριθμού f-stop:Αυξάνοντας τον αριθμό f-stop του φακού (δηλαδή, μειώνοντας το διάφραγμα), η επίδραση της φυσικής βινιέτας ή της πτώσης cos4θ μπορεί να μειωθεί.
• Χρήση μεγαλύτερης εστιακής απόστασης:Σε περιπτώσεις χαμηλού f/# (λόγος εστιακής απόστασης προς μέγεθος διαφράγματος), φακών μικρής εστιακής απόστασης ή όταν απαιτείται υψηλή ανάλυση με χαμηλό κόστος, η μηχανική βινιέτα της κάμερας μπορεί να εξαλειφθεί χρησιμοποιώντας μεγαλύτερη εστιακή απόσταση.
• Διόρθωση επίπεδου πεδίου:Μια κοινή μέθοδος για τη διόρθωση vinettintg βαρέων φακών, περιλαμβάνει τον ομοιόμορφο φωτισμό μιας επίπεδης επιφάνειας και τη λήψη πλαισίων αναφοράς σκοτεινού πεδίου και φωτός, στη συνέχεια τον υπολογισμό και την εφαρμογή διόρθωσης επίπεδου πεδίου.
• Χρήση εργαλείων λογισμικού:Διάφορα εργαλεία λογισμικού, όπως εργαλεία ραφής εικόνας μικροσκοπίας και CamTool, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διόρθωση σκίασης φακού.
• Χρησιμοποιώντας τηλεκεντρικούς φακούς:Οι φακοί που έχουν σχεδιαστεί για να είναι τηλεκεντρικοί στο χώρο της εικόνας μπορούν να διορθώσουν το roll-off επειδή αυτή η τηλεκεντρικότητα παράγει εξαιρετικά ομοιόμορφο φωτισμό επιπέδου εικόνας, εξαλείφοντας την κανονική πτώση cos4θ στον φωτισμό του επιπέδου εικόνας από τον οπτικό άξονα στη γωνία του πεδίου.

Ελπίζουμε ότι αυτό το άρθρο ήταν χρήσιμο για την αντιμετώπιση της βινιέτας φακού. Φυσικά, εάν εξακολουθείτε να έχετε ερωτήσεις σχετικά με την υπέρβαση της βινιέτας φακού στην ενσωματωμένη όραση ή εάν θέλετε να ενσωματώσετεενσωματωμένες μονάδες κάμεραςστα προϊόντα σας, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας - Sinoseen, έμπειροςΚινέζος κατασκευαστής μονάδας κάμερας.