Quelle est la définition d'un angle sombre ? Comment corriger dans les applications de vision intégrée ?

L'avancée rapide des plates-formes de traitement d'images a révolutionné le domaine, offrant des solutions de vision embarquée fiables et coûteuses dans divers marchés. Ces plates-formes améliorent la qualité des images grâce à des techniques telles que l'amélioration, la restauration, l'encodage et la compression, y compris la correction de l'éclairage, le redimensionnement des images (zoom numérique), la détection de contours et l'évaluation des algorithmes de segmentation. Dans ces applications, les capteurs d'image CMOS sont devenus le type de capteur d'image le plus couramment utilisé, captant la lumière pour former un tableau de pixels qui sert de base au traitement d'images ultérieur.

Cependant, sélectionner le bon objectif à intégrer avec le module caméra pour une capture et un traitement d'images optimaux est un processus difficile. Il implique de déterminer le champ de vision (FOV) , de choisir entre le focus fixe ou l'autofocus, et de régler la distance de travail. De plus, les phénomènes optiques comme le vignettage de l'objectif et les problèmes de balance des blancs peuvent interférer avec la sortie d'image, affectant la qualité visuelle finale.

Dans cet article, nous allons approfondir le concept de vignettage de l'objectif, analyser ses causes et fournir des solutions pratiques pour aider les utilisateurs de caméras embarquées à éliminer ce problème de qualité d'image.

Qu'est-ce que le vignettage de l'objectif ?

Le vignettage de l'objectif fait référence à la diminution progressive de la luminosité ou de la saturation du centre vers les bords ou les coins d'une image. Aussi appelé ombrage, perte de lumière, ou ombrage de luminance, l'étendue du vignettage est généralement mesurée en f-stops et dépend de la taille de l'ouverture de l'objectif et de divers paramètres de conception.

L'ouverture contrôle la luminosité de l'image en modifiant la quantité totale de lumière atteignant le capteur de l'appareil photo à travers l'objectif.

Le vignettage affecte non seulement la qualité visuelle d'une image, mais peut également entraîner la perte d'informations visuelles cruciales dans certaines applications. Par exemple, dans l'inspection industrielle ou l'imagerie médicale qui nécessitent une cohérence précise des couleurs et de la luminosité, le vignettage peut provoquer des jugements erronés ou des analyses inexactes. Par conséquent, comprendre et prendre des mesures pour réduire ou éliminer le vignettage de l'objectif est essentiel pour garantir la qualité de l'image et améliorer les performances des systèmes de vision.

Comment le vignettage se forme-t-il, et quels types inclut-il ?

Pourquoi le vignettage ? L'apparition du vignettage de l'objectif peut être attribuée à divers facteurs, principalement dus au design des éléments optiques eux-mêmes. Obstruer la lumière avec des outils externes peut aggraver ce phénomène, et parfois il est intentionnellement introduit lors du traitement postérieur.

Les différentes causes de l'ombre optique incluent :

• Ombre optique : Ce type survient en raison des limitations physiques de l'objectif, empêchant la lumière hors axe d'atteindre complètement les bords du capteur d'image, particulièrement évident dans les systèmes optiques complexes avec plusieurs éléments d'objectif.
• Ombre naturelle : Aussi appelée chute cos4θ, il s'agit d'une diminution naturelle de la luminosité due à l'angle de la lumière par rapport au plan de l'image, suivant la loi du cosinus au quatrième pouvoir, où la luminosité diminue rapidement lorsque l'angle avec l'axe optique augmente.
• Angle principal (CRA) : Le CRA est un paramètre important lors du choix des objectifs et des capteurs, affectant la luminosité et la clarté aux bords de l'image. Un CRA excessif peut provoquer des ombres aux bords de l'image, impactant la qualité de l'image.
• Ombre mécanique : Se produit lorsque le faisceau lumineux est mécaniquement bloqué par le porte-objectif, les bagues de filtre ou d'autres objets, provoquant une réduction artificielle de la luminosité aux bords de l'image. Cela est courant lorsque le cercle d'image de l'objectif est plus petit que la taille du capteur.
• Post-traitement : Parfois, pour des effets artistiques ou pour mettre en évidence le sujet central d'une image, les photographes ajoutent intentionnellement un vignettage optique lors du post-traitement.

Quelles sont les méthodes pour corriger le vignettage de l'objectif ?

Comme discuté, le vignettage de l'objectif est un phénomène optique indésirable. Bien qu'il ne puisse être entièrement évité, il peut être corrigé efficacement pour la vision embarquée avec les mesures suivantes :

• Appariement des valeurs CRA : S'assurer que la valeur CRA de l'objectif est inférieure à celle des microlentilles du capteur est crucial pour éliminer les problèmes d'éclairage ou de couleur dans l'image. Les fabricants doivent vérifier les conceptions d'objectifs pour correspondre aux dispositions des capteurs.
• Ajuster le Processeur de Signal Image (ISP) : L'ISP joue un rôle important dans le traitement des images capturées par le capteur. Des procédures spécifiques, telles qu'Imatest, peuvent tester la qualité d'image et ajuster des registres spécifiques dans l'ISP pour atténuer l'ombre de lentille.
• Augmenter le nombre de f/ : En augmentant le nombre de f/ de l'objectif (c'est-à-dire en réduisant l'ouverture), l'impact de l'ombre naturelle ou de la chute cos4θ peut être réduit.
• Utiliser une longueur focale plus longue : Dans les cas de faible f/# (rapport entre la longueur focale et la taille de l'ouverture), d'objectifs à courte focale, ou lorsque une haute résolution est nécessaire à faible coût, l'ombre mécanique de l'appareil photo peut être éliminée en utilisant une longueur focale plus longue.
• Correction de champ plat : Une méthode courante pour corriger l'ombre importante de l'objectif, elle consiste à illuminer uniformément une surface plane et à capturer des cadres de référence sombre et lumineuse, puis à calculer et appliquer la correction de champ plat.
• Utilisation d'outils logiciels : Différents outils logiciels, tels que des outils de collage d'images pour la microscopie et CamTool, peuvent être utilisés pour corriger l'ombre de lentille.
• En utilisant des objectifs télécentriques : Les objectifs conçus pour être télécentriques dans l'espace image peuvent corriger l'atténuation parce que cette télécentralité produit une illumination extrêmement uniforme du plan image, éliminant la chute normale en cos4θ de l'illumination du plan image depuis l'axe optique jusqu'au coin du champ.

Nous espérons que cet article a été utile pour aborder le vignettage des objectifs. Bien sûr, si vous avez encore des questions sur la manière de surmonter le vignettage des objectifs en vision embarquée ou si vous souhaitez intégrer des modules caméra embarqués dans vos produits, n'hésitez pas à nous contacter - Sinoseen, un acteur expérimenté fabricant de modules caméra chinois .