تعادل سفید چیست؟ عوامل موثر چه هستند؟

سوی اینکه درون یا بیرون آشیانه، هنگام طلوع یا غروب خورشید باشیم، شرایط نورپردازی مختلف تأثیرات متفاوتی بر دقت رنگ تصاویر دارند. تعادل سفید خودکار (AWB)، که یکی از توابع کلیدی پردازنده سیگنال تصویر (ISP) است، وظیفه اصلی بازسازی رنگ‌های واقعی صحنه تحت شرایط نوری متغیر را دارد. تنظیم صحیح AWB بر کیفیت خروجی ماژول دوربین فشرده اهمیت دارد که این موضوع به جنبه‌های مختلفی مانند قدرت تفکیک‌پذیری حسگر، اندازه پیکسل، شرایط نوری و انتخاب عدسی تأثیر می‌گذارد. برخلاف چشم انسان که به صورت خودکار به دماهای رنگی مختلف سازگار می‌شود تا تعادل رنگ‌ها را برقرار کند، عدسی‌های دوربین نیاز دارند این فرآیند را از طریق 'تعادل سفید' شبیه‌سازی کنند تا اطمینان حاصل شود تصویر خروجی به طور طبیعی‌تری نمایش داده شود.

 
در برنامه‌های دید مونتاژی، توانایی بازتولید رنگ عدسی‌ها همیشه یکسان نیست و نیاز به کالیبراسیون خودکار تعادل سفید مناسب دارد. در این مقاله، ما به بررسی مفاهیم کلیدی کالیبراسیون خودکار تعادل سفید خواهیم پرداخت، رابطه بین عدسی‌ها و تعادل سفید خودکار را تحلیل خواهیم کرد و تأثیر دماهای رنگی روی خروجی تصویر را توضیح خواهیم داد.

 
چیست کالیبراسیون خودکار تعادل سفید؟

تعادل سفید خودکار (AWB) یک ویژگی اجتناب ناپذیر در دوربین‌های دیجیتال است. وظیفه اصلی آن، تنظیم خودکار تعادل رنگ در تصویر تحت شرایط نوری مختلف است تا مطمئن شود که سفیدها و سایر رنگ‌های نøytral واقعی خود را در تصویر حفظ کنند. با جبران تغییرات در دماي رنگ منبع نور، AWB به دوربین اجازه می‌دهد تا رنگ‌ها را نزدیک‌تر به آنچه چشم انسان می‌بیند، ضبط کند و رنگ‌های طبیعی و هماهنگ را حتی تحت منابع نور مخلوط یا شرایط نوری شدید حفظ کند.

 
عملکرد تابع AWB چگونه است؟

تابع AWB بر اساس شناسایی و تنظیم نواحی سفید یا رنگ‌های نøytral در یک تصویر کار می‌کند. وقتی که ماژول دوربین این مناطق را شناسایی کرده و میزان شدت کانال‌های RGB (قرمز، سبز و آبی) را تنظیم می‌کند تا مطمئن شود این مناطق رنگ‌های خنثی در تصویر نشان داده شوند. این فرآیند شامل الگوریتم‌های پیچیده‌ای است که داده‌های تصویر را تحلیل می‌کنند و پارامترهای تصحیح رنگ مورد نظر را به صورت خودکار محاسبه می‌کنند. در برخی سیستم‌های دوربین پیشرفته، الگوریتم‌های AWB قادرند منابع نور مختلف را شناسایی کرده و به آنها سازگار شوند، شامل نور روز، لامپ‌های فلوrescent، لامپ‌های جنسی، و غیره، تا تولید رنگ دقیق‌تری را به دست آورند.

عامل‌های دیگری که بر پیاده‌سازی AWB تأثیر می‌گذارند چیست؟

برای پیاده‌سازی AWB، دوربین باید درکی از اینکه چگونه رنگ‌ها با تغییر دماهای رنگی تغییر می‌کنند، داشته باشد. مفهوم دماهای رنگی از رنگ نور تولید شده توسط خالص‌سوزها در دماهای مختلف گرفته شده است، که معمولاً به واحد کلوین اندازه‌گیری می‌شود و مقادیر مختلف دماهای رنگی به منابع نور مختلف و جوی رنگی متفاوت مربوط می‌شوند. برای مثال، دمای رنگی نور روزگار حدود 5500 K است، در حالی که دمای رنگی لامپ‌های جریان‌Warm حدود 2800 K است. هدف AWB این است که اشیاء سفیدی که توسط دوربین تصویربرداری می‌شوند، در این دماهای رنگی مختلف به صورت سفید واقعی در تصویر ظاهر شوند.

 
علاوه بر این، پیاده‌سازی AWB بستگی به الگوریتم‌های پردازنده سیگنال تصویر دارد و تحت تأثیر ویژگی‌های عدسی قرار می‌گیرد. بنابراین، برای دستیابی به بهترین نتایج AWB، کالیبراسیون هماهنگ بین عدسی و حسگر دوربین نیز بسیار مهم است. این شامل ترکیبی از عواملی مانند ماده عدسی، فیلترها، زاویه پرتو اصلی (CRA) و پوشش ضد بازتاب عدسی است.

 
عدسی چگونه بر روی AWB تأثیر می‌گذارد؟

عدسی تنها به عنوان مولفه‌ای نوری برای تصویربرداری عمل نمی‌کند، بلکه عامل کلیدی در دقت رنگ نیز است. ماده، طراحی و پوشش عدسی تأثیری بر روی نور عبوری دارد که به نوبه خود بر رنگ نور دریافتی توسط حسگر دوربین تأثیر می‌گذارد و در نهایت به نتیجه اصلاح الگوریتم AWB تأثیر می‌وردد.

• ماده عدسی: ماده عدسی می‌تواند پلاستیک یا شیشه باشد، مواد مختلف خواص شکست و پراکنش نور را به طور متفاوتی دارند که توزیع طول موج نور را تغییر می‌دهد و در نتیجه بر بازسازی رنگ تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، عدسی‌های پلاستیکی ممکن است نسبت به عدسی‌های شیشه‌ای به مشکل انحراف رنگی بیشتری دچار شوند که نیاز به جبران توسط الگوریتم‌های AWB دارد.
• فیلترهای طیف رنگی: فیلترهای مورد استفاده در عدسی تعیین می‌کنند که کدام طول‌های موج نور می‌توانند از عدسی به سنسور برسند. کیفیت این فیلترها به طور مستقیم بر تعادل رنگ، به ویژه در تنظیم تعادل سفید خودکار، تأثیر می‌گذارد.
• زاویه پرتوهای اصلی (CRA): CRA زاویه‌ای را توصیف می‌کند که عدسی نور را دریافت می‌کند، برای عدسی‌های گسترده، CRA به خصوص مهم است، زیرا توزیع نور در لبه‌های تصویر و یکنواختی رنگ را تحت تأثیر قرار می‌دهد. الگوریتم‌های AWB باید زاویه CRA را در نظر بگیرند تا اصلاح رنگ در تمام دامنه تصاویر یکسان باشد.
• پوشش‌های ضد بازتاب: پوشش‌های ضد بازتابی روی عدسی برای کاهش بازتاب‌های داخلی عدسی، بهبود انتقال نور و کاهش فلر و تصویر ابراز استفاده می‌شوند. کیفیت این پوشش‌ها به طور مستقیم بر مقدار و کیفیت نوری که توسط سنسور دریافت می‌شود تأثیر می‌گذارد و بنابراین عملکرد تعادل سفید خودکار (AWB) را مشخص می‌کند.

برای دستیابی به نتایج بهینه AWB، عدسی باید دقیقاً با سنسور دوربین و ISP کالیبره شود.

 
چگونه کالیبراسیون تعادل سفید در یک سیستم بینایی فراگیر انجام دهیم؟

کالیبراسیون تعادل سفید خودکار (AWB) شامل تنظیم دقیق پردازنده سیگنال تصویر (ISP) دوربین و عدسی‌هایی که با آن همکاری می‌کنند برای جبران تغییرات دما رنگی از منابع نور مختلف و اثرات ویژگی‌های عدسی بر رنگ است. موارد زیر مراحل تفصیلی فرآیند کالیبراسیون AWB هستند.

1. انتخاب دما رنگ و ضبط تصویر: مرحله اول شامل جمع آوری یک تصویر آزمایشی در سری دماهای رنگی پیش تعیین شده است که معمولاً شامل نور روز، فلوئورسنت، تابان، و غیره می‌شود. این مرحله شبیه‌سازی دماهای رنگی مختلفی را که دوربین ممکن است با آنها روبرو شود، انجام می‌دهد و پایه‌ای برای داده‌های مورد نیاز در مرحله کالیبراسیون بعدی فراهم می‌کند.
2. استفاده از الگوریتم تعادل سفید: در مرحله بعد، الگوریتم تعادل سفید خودکار (AWB) به تصاویر جمع‌آوری‌شده اعمال می‌شود. هدف این الگوریتم تشخیص مناطق سفید یا نوترین در تصویر و تنظیم ضریب افزایش کانال‌های RGB است به طوری که این مناطق در دماهای رنگی مختلف به صورت نوترین نمایش داده شوند.
3. جبران ویژگی‌های عدسی: چون ویژگی‌های مواد عدسی، فیلترها و پوشش‌های ضد بازتاب می‌توانند تأثیری بر بازتولید رنگ داشته باشند، لازم است این عوامل جبران شوند. این کار معمولاً شامل تنظیم پارامترهای الگوریتم AWB برای اصلاح انحرافات رنگی ناشی از عدسی است.
4. تنظیم دقیق و بهینه‌سازی: در طی فرآیند کالیبراسیون، ممکن است نیاز به چندین تکرار برای ریزافزودن پارامترهای الگوریتم AWB باشد. این شامل تنظیم آستانه‌های دماي رنگی، بهینه‌سازی سرعت پاسخ الگوریتم و تضمین هماهنگی رنگی تحت شرایط نوری مختلف می‌شود.
5. اعتبارسنجی و آزمایش: در نهایت، کارایی کالیبراسیون AWB با آزمایش دوربین تحت شرایط نوری واقعی تأیید می‌شود. این شامل گرفتن عکس‌ها تحت منابع نور طبیعی و مصنوعی و ارزیابی دقت رنگ و کیفیت کلی تصویر است.

چه برنامه‌هایی نیاز به کالیبراسیون تعادل سفید خودکار دارند؟

عکاسی درون‌زایی

در عکاسی درون‌زایی، عکاسان اغلب نیاز دارند با منابع مختلط نور کار کنند، مانند ترکیب نور طبیعی و نور مصنوعی. نقش AWB در اینجا اطمینان حاصل کردن از این است که رنگ‌های پوست افراد و رنگ‌های صحنه به طور طبیعی هماهنگ باشند. با کالیبره کردن دقیق الگوریتم AWB، عکاس می‌تواند بار کاری پس‌تولید را کاهش دهد و تصاویری با تعادل رنگ خوب به صورت مستقیم به دست آورد.

دوربین عقب‌رو کار

دوربین‌های عقب‌رو کار در ساعات مختلف روز و تحت شرایط نوری مختلف عمل می‌کنند. کالیبره کردن AWB کیفیت تصاویر را در مواقعی مانند عقب‌رو کردن در شب یا روزهای ابری بهبود می‌بخشد و دقت رنگی آنها را افزایش می‌دهد. با بهینه‌سازی AWB، رانندگان می‌توانند یک نمای عقب واضح تحت شرایط نوری مختلف به دست آورند و امنیت رانندگی را افزایش دهند.

سینوسین کمک می‌کند برای مهندسی دید مbedded در کالیبره کردن عدسی و سفارشی‌سازی ماژول دوربین

در سینوسن، می‌توانیم به مهندسان و فنی‌کاران پروژه‌های بینایی فراگیر کمک کنیم تا عدسی مناسب را انتخاب کرده و ماژول دوربین مناسب را با در نظر گرفتن نیازهای کاربردی خود، جفت کنند. علاوه بر این، ما نیز انواع خدمات سفارشی‌سازی را ارائه می‌دهیم که شامل طراحی کasu، طراحی روی برد و غیره می‌شود. برای اطلاعات بیشتر درباره محصولات و خدمات سینوسن، لطفاً حتماً با ما تماس بگیرید .

پرسش‌های متداول

1: چرا نیاز به کالیبراسیون AWB برای عدسی دارم؟

ویژگی‌های یک عدسی مانند ماده، فیلترها و پوشش‌های ضد بازتاب، تأثیری بر نوری دارند که از آن عبور می‌کند و بنابراین بازتولید رنگ. کالیبراسیون AWB برای عدسی‌ها به منظور جبران انحرافات رنگی ناشی از این عوامل و تضمین دقت و طبیعی بودن تصاویر انجام می‌شود.

 
2: چگونه دماهای رنگی بر کیفیت تصویر تأثیر می‌گذارند؟

دمای رنگ تعیین‌کننده رنگ منبع نور است و دماهای رنگی مختلف باعث ایجاد جو رنگی متفاوتی می‌شوند. دماهای رنگی بر تفسیر و بازسازی رنگ‌ها توسط دوربین تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، یک تصویر تحت منبع نوری با دمای رنگ پایین ممکن است گرمسیری باشد، در حالی که یک تصویر تحت منبع نوری با دمای رنگ بالا ممکن است سرد باشد. AWB با تنظیم دماهای رنگ دوربین برای جبران این تغییرات، اطمینان از دقت رنگ در تصویر فراهم می‌کند.