¿Qué es la calibración del balance de blancos? ¿Cuáles son los factores que influyen?

Ya sea en interiores o exteriores, al amanecer o al atardecer, las diferentes condiciones de iluminación tienen diferentes efectos en la precisión del color de las imágenes. El balance de blancos automático (AWB), una función clave en el procesador de señal de imagen (ISP), tiene la tarea principal de restaurar los colores reales de una escena en condiciones de iluminación cambiantes. Configurar el AWB correctamente es importante para la calidad de salida de un módulo de cámara integrado, lo que afecta a una serie de aspectos como la resolución del sensor, el tamaño de los píxeles, las condiciones de iluminación y la selección de la lente. A diferencia del ojo humano, que se adapta automáticamente a diferentes temperaturas de color para equilibrar varios colores, las lentes de las cámaras deben simular este proceso a través del "balance de blancos" para garantizar que la imagen de salida sea lo más natural posible.

 
En las aplicaciones de visión integrada, la capacidad de reproducción del color de las lentes no siempre es la misma y se requiere una calibración automática adecuada del balance de blancos. En este artículo, profundizaremos en los conceptos clave de la calibración automática del balance de blancos, analizaremos la relación entre las lentes y el balance de blancos automático y explicaremos el impacto de la temperatura de color en la salida de la imagen.

 
¿Qué es la calibración automática del balance de blancos?

El balance de blancos automático (AWB) es una característica imprescindible en las cámaras digitales. Su tarea principal es ajustar automáticamente el balance de color de una imagen en diferentes condiciones de iluminación para garantizar que los blancos y otros colores neutros mantengan sus verdaderos colores en una imagen. al compensar las variaciones en la temperatura de color de una fuente de luz, AWB permite que la cámara capture colores más cercanos a lo que ve el ojo humano y mantenga colores naturales y consistentes, incluso en condiciones de luz mixta o iluminación extrema. Colores naturales y consistentes incluso bajo fuentes de luz mixtas o condiciones de iluminación extremas.

 
¿Cómo funciona la función AWB?

La función AWB funciona en base a la identificación y ajuste de áreas de color blanco o neutro en una imagen. Cuando elMódulo de cámaradetecta estas áreas, ajusta la intensidad de los canales RGB (rojo, verde y azul) para garantizar que estas áreas muestren colores neutros en la imagen. Este proceso implica algoritmos complejos que analizan los datos de la imagen y calculan automáticamente los parámetros de corrección de color deseados. En algunos sistemas de cámaras avanzados, los algoritmos AWB son incluso capaces de reconocer y adaptarse a múltiples fuentes de luz, incluida la luz del día, lámparas fluorescentes, lámparas incandescentes, etc., para lograr una reproducción de color más precisa.

¿Cuáles son otros factores relevantes que afectan la implementación de AWB?

Para implementar AWB, la cámara necesita comprender cómo cambia el color a diferentes temperaturas de color. El concepto de temperatura de color se deriva del color de la luz emitida por los radiadores de cuerpo negro a diferentes temperaturas, generalmente medidas en Kelvin, con diferentes valores de temperatura de color correspondientes a diferentes fuentes de luz y atmósferas de color. Por ejemplo, la temperatura de color de la luz diurna es de alrededor de 5500 K, mientras que la temperatura de color de las lámparas incandescentes es de alrededor de 2800 K. El propósito de AWB es hacer que los objetos blancos capturados por la cámara aparezcan como blanco verdadero en la imagen a estas diferentes temperaturas de color.

 
Además de esto, la implementación de AWB depende de los algoritmos del procesador de señal de imagen y está influenciada por las características de la lente. Por lo tanto, para lograr los mejores resultados de AWB, también es extremadamente importante tener una calibración sinérgica entre la lente y el sensor de la cámara. Esto incluye una combinación de factores como el material de la lente, los filtros, el ángulo de rayo principal (CRA) y el recubrimiento antirreflectante de la lente.

 
¿Cómo afecta la lente al AWb?

La lente no es solo un componente óptico para la obtención de imágenes, sino también un factor clave en la precisión del color. El material, el diseño y el recubrimiento de la lente tendrán un impacto en la luz que pasa a través de ella, lo que a su vez afecta el color de la luz recibida por el sensor de la cámara y, en última instancia, afecta el efecto de corrección del algoritmo AWB.

• Material de la lente:El material de la lente puede ser plástico o vidrio, diferentes materiales tienen diferentes propiedades de refracción y dispersión de la luz, lo que cambiará la distribución de la longitud de onda de la luz, afectando así la reproducción del color. Por ejemplo, las lentes de plástico pueden ser más propensas a causar aberración cromática que las lentes de vidrio, lo que requiere algoritmos AWB para compensar.
• Filtros de espectro de color:Los filtros utilizados en la lente determinan qué longitudes de onda de luz pueden pasar a través de la lente hasta el sensor. La calidad de estos filtros afecta directamente al balance de color, especialmente en el ajuste automático del balance de blancos.
• Ángulo de los Rayos Principales (CRA):CRA describe el ángulo en el que la lente recibe luz, para lentes gran angular, CRA es particularmente importante, porque afecta la distribución de la luz en los bordes de la imagen y la uniformidad del color. Los algoritmos AWB deben tener en cuenta la CRA para garantizar que la corrección de color sea coherente en toda la gama de imágenes.
• Recubrimientos antirreflectantes:Los recubrimientos antirreflectantes en las lentes se utilizan para minimizar los reflejos internos de las lentes, mejorar la transmisión de luz y reducir los destellos y las imágenes fantasma. La calidad de estos recubrimientos afecta directamente a la cantidad y calidad de la luz recibida por el sensor y, por lo tanto, al rendimiento del AWB.

Para lograr resultados óptimos de AWB, la lente debe calibrarse con precisión con el sensor de la cámara y el ISP.

 
¿Cómo realizar la calibración del balance de blancos en un sistema de visión integrado?

La calibración automática del balance de blancos (AWB) implica el ajuste fino del procesador de señal de imagen (ISP) de la cámara y las lentes que funcionan con él para compensar las variaciones de temperatura de color de diferentes fuentes de luz y los efectos de las características de la lente en el color. Los siguientes son los pasos detallados del proceso de calibración de AWB.

1. Selección de temperatura de color y captura de imagen:El primer paso es capturar una imagen de prueba a una serie de temperaturas de color predeterminadas, que generalmente incluyen luz diurna, fluorescente, incandescente, etc. Este paso simula la temperatura de color que puede encontrar la cámara. Este paso simula los distintos entornos de iluminación que puede encontrar la cámara y proporciona una base de datos para la calibración posterior.
2. Aplicación del algoritmo de balance de blancos:a continuación, se aplica el algoritmo AWB a las imágenes capturadas. El objetivo del algoritmo es identificar áreas blancas o neutras en la imagen y ajustar la ganancia de los canales RGB para que estas áreas se vuelvan neutras a diferentes temperaturas de color.
3. Compensación de las características de la lente:Dado que las características de los materiales de las lentes, los filtros y los revestimientos antirreflectantes pueden afectar a la reproducción del color, estos factores deben compensarse. Por lo general, esto implica ajustar los parámetros en el algoritmo AWB para corregir las desviaciones de color inducidas por la lente.
4. Puesta a punto y optimización:Durante el proceso de calibración, es posible que se requieran varias iteraciones para ajustar los parámetros del algoritmo AWB. Esto incluye el ajuste de los umbrales de temperatura de color, la optimización de la velocidad de respuesta del algoritmo y la garantía de la consistencia del color en diferentes condiciones de iluminación.
5. Validación y pruebas:Por último, la eficacia de la calibración del AWB se verifica probando la cámara en condiciones reales de iluminación. Esto incluye la captura de imágenes bajo fuentes de luz natural y artificial y la evaluación de la precisión del color y la calidad general de la imagen.

¿Qué aplicaciones requieren calibración automática del balance de blancos?

Fotografía de interiores

En la fotografía de interiores, los fotógrafos a menudo necesitan trabajar con fuentes de luz mixtas, como la luz natural mezclada con la luz artificial. el papel de AWB aquí es garantizar que los tonos de piel de las personas y los colores de la escena se coordinen de forma natural. Al calibrar con precisión el algoritmo AWB, el fotógrafo puede reducir la carga de trabajo de la posedición y obtener directamente imágenes con un buen balance de color.

Cámara de marcha atrás para coche

Las cámaras de marcha atrás para automóviles funcionan en diferentes momentos del día y bajo diferentes condiciones de iluminación. La calibración AWB mejora la claridad y la precisión del color de las imágenes al retroceder por la noche o en días nublados. Al optimizar el AWB, los conductores pueden obtener una vista trasera clara en diversas condiciones de iluminación y mejorar la seguridad.

Sinoseen ayuda a la ingeniería de visión integrada para la calibración de lentes y la personalización de módulos de cámara

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Preguntas más frecuentes

1: ¿Por qué necesito la calibración AWB para mi lente?

Las características de una lente, como el material, los filtros y los recubrimientos antirreflectantes, afectan la luz que pasa a través de ella y, por lo tanto, la reproducción del color. La calibración AWB de las lentes se realiza para compensar las desviaciones de color causadas por estos factores y para garantizar la precisión del color y la naturalidad de las imágenes.

 
2: ¿Cómo afecta la temperatura de color a la calidad de la imagen?

La temperatura de color determina el color de la fuente de luz, y las diferentes temperaturas de color dan como resultado diferentes atmósferas de color. La temperatura del color afecta a la interpretación y reproducción de los colores por parte de la cámara. Por ejemplo, una imagen bajo una fuente de luz de baja temperatura de color puede ser cálida, mientras que una imagen bajo una fuente de luz de alta temperatura de color puede ser fría. AWB compensa estas variaciones ajustando la configuración de temperatura de color de la cámara para garantizar la precisión del color en la imagen.