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

Ya sea al aire libre o en interiores, al amanecer o al atardecer, diferentes condiciones de iluminación tienen efectos distintos en la precisión del color de las imágenes. El Balance Automático de Blancos (AWB), una función clave en el Procesador de Señal de Imagen (ISP), tiene como tarea principal restaurar los colores reales de una escena bajo condiciones de iluminación cambiantes. Configurar el AWB correctamente es importante para la calidad de salida de un módulo de cámara embebido, lo que afecta varios aspectos como la resolución del sensor, el tamaño del píxel, las condiciones de iluminación y la selección del lente. A diferencia del ojo humano, que se adapta automáticamente a diferentes temperaturas de color para equilibrar los diversos colores, las lentes de las cámaras necesitan simular este proceso mediante 'balance de blancos' para asegurar que la imagen de salida sea lo más natural posible.

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

 
¿Qué es la Calibración del Balance Automático de Blancos?

El Balance Automático de Blancos (AWB) es una característica indispensable en las cámaras digitales. Su tarea principal es ajustar automáticamente el equilibrio de color de una imagen bajo diferentes condiciones de iluminación para asegurar que los blancos y otros colores neutrales mantengan sus tonos reales en la imagen, compensando las variaciones en la temperatura de color de la fuente de luz. El AWB permite a la cámara capturar colores más cercanos a lo que ve el ojo humano, manteniendo colores naturales y consistentes, incluso bajo fuentes de luz mixtas o condiciones de iluminación extremas.

 
¿Cómo funciona la función AWB?

La función AWB funciona identificando y ajustando las áreas de color blanco u otros colores neutrales en una imagen. Cuando lamódulo de cámaradetecta estas áreas y ajusta la intensidad de los canales RGB (rojo, verde y azul) para asegurar 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 avanzados de cámaras, los algoritmos de WB son incluso capaces de reconocer y adaptarse a múltiples fuentes de luz, incluyendo luz diurna, lámparas fluorescentes, lámparas incandescentes, etc., para lograr una reproducción de color más precisa.

¿Cuáles son otros factores relevantes que afectan la implementación del WB?

Para implementar el AEI, la cámara necesita entender cómo cambia el color a diferentes temperaturas de color. El concepto de temperatura de color se deriva del color de la luz emitida por 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 cromáticas. Por ejemplo, la temperatura de color de la luz del día es de aproximadamente 5500 K, mientras que la temperatura de color de las lámparas incandescentes es de aproximadamente 2800 K. El propósito del AEI es hacer que los objetos blancos capturados por la cámara aparezcan como un 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 señales de imagen y se ve influenciada por las características del lente. Por lo tanto, para lograr los mejores resultados de AWB, es extremadamente importante tener una calibración sinérgica entre el lente y el sensor de la cámara. Esto incluye una combinación de factores como el material del lente, los filtros, el Ángulo Principal de Rayo (CRA) y el recubrimiento anti-reflexivo del lente.

 
¿Cómo afecta el lente al AWB?

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

• Material del lente:el material de la lente puede ser plástico o vidrio, diferentes materiales tienen propiedades de refracción y dispersión de luz diferentes, lo que cambiará la distribución de longitudes 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 que los algoritmos de AWB compensen.
• Filtros de Espectro de Color:Los filtros utilizados en la lente determinan qué longitudes de onda de la luz pueden pasar a través de la lente hacia el sensor. La calidad de estos filtros afecta directamente el balance de color, especialmente en el ajuste de balance de blancos automático.
• Ángulo de Rayos Principales (CRA):El CRA describe el ángulo con el que la lente recibe la luz, para lentes gran angular, el CRA es particularmente importante, ya que afecta la distribución de la luz en los bordes de la imagen y la uniformidad del color. Los algoritmos de AWB deben tener en cuenta el CRA para asegurar que la corrección de color sea consistente en todo el rango de imágenes.
• Recubrimientos Anti-reflejantes:Los recubrimientos antirreflejantes en las lentes se utilizan para minimizar las reflexiones internas de la lente, mejorar la transmisión de luz y reducir el destello y los fantasmas. La calidad de estos recubrimientos afecta directamente la cantidad y calidad de la luz recibida por el sensor, y por lo tanto el rendimiento del EAB (Equilibrio Automático de Blancos).

Para obtener resultados óptimos de EAB, la lente debe estar calibrada con precisión con el sensor de la cámara y el ISP.

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

La calibración del Equilibrio Automático de Blancos (EAB) implica ajustar finamente el Procesador de Señal de Imagen (ISP) de la cámara y las lentes que trabajan 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. A continuación se detallan los pasos del proceso de calibración del EAB.

1. Selección de Temperatura de Color y Captura de Imágenes: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 con la que la cámara puede encontrarse. Este paso simula los diversos entornos de iluminación con los que la cámara puede encontrarse y proporciona una base de datos para la calibración posterior.
2. Aplicación del algoritmo de balance de blancos:A continuación, se aplica el algoritmo de balance de blancos automático (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 representen de forma neutral a diferentes temperaturas de color.
3. Compensación por características del lente:Dado que las características de los materiales del lente, los filtros y los recubrimientos antirreflejantes pueden afectar la reproducción del color, estos factores deben ser compensados. Esto generalmente implica ajustar los parámetros en el algoritmo AWB para corregir las desviaciones de color inducidas por el lente.
4. Ajustes finos y optimización:Durante el proceso de calibración, pueden ser necesarias varias iteraciones para ajustar finamente los parámetros del algoritmo AWB. Esto incluye ajustar los umbrales de temperatura de color, optimizar la velocidad de respuesta del algoritmo y asegurar la consistencia del color bajo diferentes condiciones de iluminación.
5. Validación y pruebas:Finalmente, la efectividad de la calibración de AWB se verifica probando la cámara bajo condiciones de iluminación reales. Esto incluye capturar imágenes bajo fuentes de luz tanto naturales como artificiales y evaluar la precisión del color y la calidad general de la imagen.

¿Qué aplicaciones requieren la calibración de balance automático de blancos?

Fotografía indoor

En la fotografía de interior, los fotógrafos a menudo necesitan trabajar con fuentes de luz mixtas, como la luz natural mezclada con luz artificial. El papel del BAL aquí es asegurar que los tonos de piel de las personas y los colores de la escena estén naturalmente coordinados. Al calibrar con precisión el algoritmo de BAL, el fotógrafo puede reducir el trabajo de edición posterior y obtener directamente imágenes con un buen equilibrio de color.

Cámara de Reversa para Automóviles

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

Sinoseen ayuda en ingeniería de visión embebida para la calibración de lentes y la personalización de módulos de cámara

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Preguntas frecuentes

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

Las características de una lente, como el material, los filtros y los recubrimientos antirreflejantes, 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 asegurar la precisión y naturalidad del color en 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 diferentes temperaturas de color resultan en diferentes atmósferas de color. La temperatura de color afecta la interpretación y reproducción de 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 los ajustes de temperatura de color de la cámara para garantizar la precisión del color en la imagen.