¿Cuál es la definición de un ángulo oscuro? ¿Cómo corregirlo en aplicaciones de visión embebida?

El rápido avance de las plataformas de procesamiento de imágenes ha revolucionado el campo, ofreciendo soluciones de visión embebida confiables y rentables en varios mercados. Estas plataformas mejoran la calidad de la imagen a través de técnicas como la mejora, restauración, codificación y compresión, que incluyen la corrección de la iluminación, el cambio de tamaño de imágenes (zoom digital), la detección de bordes y la evaluación de algoritmos de segmentación. En estas aplicaciones, los sensores de imagen CMOS se han convertido en el tipo de sensor de imagen más utilizado, capturando luz para formar una matriz de píxeles que sirve como base para el procesamiento de imágenes posterior.

Sin embargo, seleccionar la lente adecuada para integrar con el módulo de la cámara para una captura y procesamiento de imágenes óptimos es un proceso desafiante. Implica determinar el correctocampo de visión (FOV), eligiendo entre enfoque fijo o enfoque automático, y estableciendo la distancia de trabajo. Además, fenómenos ópticos como el viñeteado de lente y problemas de balance de blancos pueden interferir con la salida de imagen, afectando la calidad visual final.

En este artículo, profundizaremos en el concepto de viñeteado de lente, analizaremos sus causas y proporcionaremos soluciones prácticas para ayudar a los usuarios de cámaras integradas a eliminar este problema de calidad de imagen.

¿Qué es el viñeteado de lente?

El viñeteado de lente se refiere a la disminución gradual en el brillo o la saturación desde el centro hasta los bordes o esquinas de una imagen. También conocido como sombreado, caída de luz o sombreado de luminancia, la extensión del viñeteado se mide típicamente en pasos f y depende del tamaño de la apertura del lente y varios parámetros de diseño.

La apertura controla el brillo de la imagen al alterar la cantidad total de luz que llega al sensor de la cámara a través del lente.

El viñeteado no solo afecta la calidad visual de una imagen, sino que también puede llevar a la pérdida de información visual crucial en ciertas aplicaciones. Por ejemplo, en la inspección industrial o la imagen médica que requiere consistencia precisa de color y brillo, el viñeteado puede resultar en juicios erróneos o análisis inexactos. Por lo tanto, entender y tomar medidas para reducir o eliminar el viñeteado de la lente es esencial para garantizar la calidad de la imagen y mejorar el rendimiento de los sistemas de visión.

¿Cómo se forma el viñeteado y qué tipos incluye?

¿Por qué viñeteado? La ocurrencia del viñeteado de la lente puede atribuirse a varios factores, principalmente debido al diseño de los elementos ópticos en sí. Obstruir la luz con herramientas externas puede agravar este fenómeno, y a veces se introduce intencionalmente durante el posprocesamiento.

Las diferentes causas del viñeteado de la lente incluyen:

• Viñeteado óptico:Este tipo ocurre debido a las limitaciones físicas de la lente, impidiendo que la luz fuera del eje llegue completamente a los bordes del sensor de imagen, particularmente evidente en sistemas ópticos complejos con múltiples elementos de lente.
• Vignetting natural:También conocido como caída cos4θ, es una disminución natural en el brillo debido al ángulo de la luz con respecto al plano de imagen, siguiendo la ley del coseno a la cuarta potencia, donde el brillo disminuye rápidamente a medida que aumenta el ángulo con el eje óptico.
• Ángulo del rayo principal (CRA):El CRA es un parámetro importante al seleccionar lentes y sensores, afectando el brillo y la claridad en los bordes de la imagen. Un CRA excesivo puede causar sombras en los bordes de la imagen, impactando la calidad de la imagen.
• Vignetting mecánico:Ocurre cuando el haz de luz es bloqueado mecánicamente por el soporte de la lente, anillos de filtro u otros objetos, causando una reducción artificial del brillo en los bordes de la imagen. Esto es común cuando el círculo de imagen de la lente es más pequeño que el tamaño del sensor.
• Post-Procesamiento:A veces, para efectos artísticos o para resaltar el sujeto central de una imagen, los fotógrafos añaden intencionalmente viñetas ópticas durante el post-procesamiento.

¿Cuáles son los métodos para corregir la viñeta de lente?

Como se discutió, la viñeta de lente es un fenómeno óptico indeseable. Aunque no se puede evitar por completo, se puede corregir eficazmente para la visión embebida con las siguientes medidas:

• Igualando los valores de CRA:Asegurar que el valor de CRA de la lente sea menor que el de la microlente del sensor es crucial para eliminar problemas de iluminación o color en la imagen. Los fabricantes deben verificar los diseños de lentes para que coincidan con los diseños de sensores.
• Ajustando el Procesador de Señal de Imagen (ISP):El ISP juega un papel significativo en el procesamiento de imágenes capturadas por el sensor. Procedimientos específicos, como Imatest, pueden probar la calidad de la imagen y ajustar registros específicos en el ISP para mitigar la sombra de la lente.
• Aumentando el número f-stop:Al aumentar el número f-stop de la lente (es decir, reduciendo la apertura), se puede reducir el impacto del viñeteado natural o la caída de cos4θ.
• Usando una longitud focal más larga:En casos de bajo f/# (relación de longitud focal a tamaño de apertura), lentes de corta longitud focal, o cuando se necesita alta resolución a bajo costo, el viñeteado mecánico de la cámara se puede eliminar usando una longitud focal más larga.
• Corrección de campo plano:Un método común para la corrección de viñeteado pesado de lentes, implica iluminar uniformemente una superficie plana y capturar cuadros de campo oscuro y de referencia clara, luego calcular y aplicar la corrección de campo plano.
• Usando herramientas de software:Varias herramientas de software, como herramientas de costura de imágenes de microscopía y CamTool, se pueden usar para la corrección de sombreado de lentes.
• Usando lentes telecéntricos:Las lentes diseñadas para ser telecéntricas en el espacio de imagen pueden corregir el roll-off porque esta telecentricidad produce una iluminación del plano de imagen extremadamente uniforme, eliminando la caída normal de cos4θ en la iluminación del plano de imagen desde el eje óptico hasta la esquina del campo.

Esperamos que este artículo haya sido útil para abordar el viñeteado de lentes. Por supuesto, si aún tiene preguntas sobre cómo superar el viñeteado de lentes en visión embebida o si desea integrarmódulos de cámara embebidosen sus productos, no dude en contactarnos—Sinoseen, un experimentadofabricante chino de módulos de cámara.