Qu'est-ce que la calibration du balance des blancs ? Quels sont les facteurs influents ?

Que ce soit à l'intérieur ou à l'extérieur, au lever ou au coucher du soleil, différentes conditions d'éclairage ont des effets variés sur la précision des couleurs des images. Le Bilan Blanc Automatique (AWB), une fonction clé dans le Processeur de Signal Image (ISP), a pour principale tâche de restituer les vraies couleurs d'une scène sous des conditions d'éclairage changeantes. Configurer correctement l'AWB est important pour la qualité de sortie d'un module caméra embarqué, ce qui influence plusieurs aspects tels que la résolution du capteur, la taille des pixels, les conditions d'éclairage et le choix de l'objectif. Contrairement à l'œil humain, qui s'adapte automatiquement aux différentes températures de couleur pour équilibrer les diverses teintes, les objectifs de caméra doivent simuler ce processus par le biais du 'bilan blanc' pour s'assurer que l'image de sortie soit aussi naturelle que possible.

 
Dans les applications de vision embarquée, la capacité de reproduction des couleurs des objectifs n'est pas toujours la même et une calibration correcte du balance automatique des blancs est nécessaire. Dans cet article, nous allons approfondir les concepts clés de la calibration du balance automatique des blancs, analyser la relation entre les objectifs et le balance automatique des blancs, et expliquer l'impact de la température de couleur sur la sortie d'image.

 
Qu'est-ce que la Calibration du Balance Automatique des Blancs ?

Le réglage automatique du balance des blancs (AWB) est une fonction essentielle dans les appareils photo numériques. Sa tâche principale consiste à ajuster automatiquement l'équilibre des couleurs d'une image selon différentes conditions d'éclairage, afin de s'assurer que les blancs et autres couleurs neutres conservent leurs teintes réelles dans une image. En compensant les variations de la température de couleur de la source lumineuse, l'AWB permet à l'appareil photo de capturer des couleurs plus proches de ce que voit l'œil humain, en maintenant des couleurs naturelles et cohérentes, même sous des sources lumineuses mixtes ou des conditions d'éclairage extrêmes.

 
Comment fonctionne la fonction AWB ?

La fonction AWB fonctionne en identifiant et en ajustant les zones blanches ou de couleur neutre dans une image. Lorsque le module de caméra détecte ces zones, il ajuste l'intensité des canaux RVB (rouge, vert et bleu) pour s'assurer que ces zones affichent des couleurs neutres dans l'image. Ce processus implique des algorithmes complexes qui analysent les données de l'image et calculent automatiquement les paramètres de correction de couleur souhaités. Dans certains systèmes avancés d'appareils photo, les algorithmes de RBV sont même capables de reconnaître et de s'adapter à plusieurs sources lumineuses, y compris la lumière du jour, les lampes fluorescentes, les lampes incandescentes, etc., pour obtenir une reproduction des couleurs plus précise.

Quels sont les autres facteurs pertinents qui affectent la mise en œuvre de la RBV ?

Pour mettre en œuvre l'AWB, l'appareil photo doit comprendre comment les couleurs changent à différentes températures de couleur. Le concept de température de couleur est dérivé de la couleur de la lumière émise par des radiateurs noirs à différentes températures, généralement mesurées en kelvins, avec différentes valeurs de température de couleur correspondant à différentes sources lumineuses et atmosphères de couleur. Par exemple, la température de couleur de la lumière du jour est d'environ 5500 K, tandis que la température de couleur des lampes à incandescence est d'environ 2800 K. Le but de l'AWB est de faire en sorte que les objets blancs capturés par l'appareil photo apparaissent comme un vrai blanc sur l'image à ces différentes températures de couleur.

 
En plus de cela, la mise en œuvre de l'AWB dépend des algorithmes du processeur de signal d'image et est influencée par les caractéristiques de l'objectif. Par conséquent, pour obtenir les meilleurs résultats en AWB, il est également extrêmement important d'avoir une calibration synergique entre l'objectif et le capteur de l'appareil photo. Cela inclut une combinaison de facteurs tels que le matériau de l'objectif, les filtres, l'Angle du Rayon Principal (ARP ou CRA), et le revêtement anti-réflexe de l'objectif.

 
Comment l'objectif affecte-t-il l'AWB ?

L'objectif n'est pas seulement un composant optique pour l'imagerie, mais aussi un facteur clé dans la précision des couleurs. Le matériau, le design et le revêtement de l'objectif auront un impact sur la lumière qui passe à travers lui, ce qui influence à son tour la couleur de la lumière reçue par le capteur de l'appareil photo, et finit par affecter l'effet de correction de l'algorithme AWB.

• Matériau de l'objectif : le matériau de la lentille peut être en plastique ou en verre, différents matériaux ayant des propriétés différentes de réfraction et de dispersion de la lumière, ce qui modifie la distribution du spectre de longueurs d'onde et affecte ainsi la reproduction des couleurs. Par exemple, les lentilles en plastique peuvent être plus sujettes aux aberrations chromatiques que celles en verre, nécessitant une compensation par les algorithmes AWB.
• Filtres du Spectre des Couleurs : Les filtres utilisés dans l'objectif déterminent quelles longueurs d'onde de la lumière peuvent traverser l'objectif pour atteindre le capteur. La qualité de ces filtres affecte directement l'équilibre des couleurs, en particulier lors de l'ajustement automatique du balance des blancs.
• Angle des Rayons Principaux (CRA) : Le CRA décrit l'angle sous lequel l'objectif reçoit la lumière ; pour les objectifs grand-angle, le CRA est particulièrement important car il influence la distribution de la lumière aux bords de l'image et l'uniformité des couleurs. Les algorithmes AWB doivent prendre en compte le CRA pour garantir que la correction des couleurs soit cohérente sur l'ensemble de l'image.
• Revêtements Anti-Réflexion : Les revêtements antireflets sur les lentilles sont utilisés pour minimiser les réflexions internes des lentilles, améliorer la transmission de la lumière et réduire les flares et les fantômes. La qualité de ces revêtements affecte directement la quantité et la qualité de la lumière reçue par le capteur, et donc les performances du RBW (Réglage Automatique de la Balance des Blancs).

Pour obtenir des résultats optimaux de RBW, l'objectif doit être précisément calibré avec le capteur de la caméra et le ISP.

 
Comment effectuer le calibrage de la balance des blancs dans un système de vision embarquée ?

Le calibrage du Réglage Automatique de la Balance des Blancs (RBW) implique un ajustement fin du Processeur de Signal Image (ISP) de la caméra et des objectifs qui y sont associés afin de compenser les variations de température de couleur provenant de différentes sources lumineuses et les effets des caractéristiques de l'objectif sur la couleur. Voici les étapes détaillées du processus de calibration du RBW.

1. Sélection de la Température de Couleur et Capture d'Image : La première étape consiste à capturer une image de test à une série de températures de couleur prédéterminées, qui incluent généralement la lumière du jour, le fluorescent, l'incandescent, etc. Cette étape simule les températures de couleur que l'appareil photo peut rencontrer. Cette étape simule les différents environnements d'éclairage que l'appareil photo peut rencontrer et fournit une base de données pour le calibrage ultérieur.
2. Application de l'algorithme de balance des blancs : ensuite, l'algorithme AWB est appliqué aux images capturées. L'objectif de l'algorithme est d'identifier les zones blanches ou neutres dans l'image et d'ajuster le gain des canaux RGB afin que ces zones soient rendues neutres à différentes températures de couleur.
3. Compensation des caractéristiques de l'objectif : Étant donné que les caractéristiques des matériaux des objectifs, des filtres et des revêtements anti-reflets peuvent affecter la reproduction des couleurs, il est nécessaire de compenser ces facteurs. Cela implique généralement d'ajuster les paramètres dans l'algorithme AWB pour corriger les déviations de couleur induites par l'objectif.
4. Affinage et optimisation : Pendant le processus de calibration, plusieurs itérations peuvent être nécessaires pour affiner les paramètres de l'algorithme AWB. Cela inclut l'ajustement des seuils de température de couleur, l'optimisation de la vitesse de réponse de l'algorithme, et la garantie de la cohérence des couleurs sous différentes conditions d'éclairage.
5. Validation et tests : Enfin, l'efficacité de la calibration AWB est vérifiée en testant la caméra dans des conditions d'éclairage réelles. Cela inclut la capture d'images sous des sources lumineuses naturelles et artificielles et l'évaluation de la précision des couleurs et de la qualité d'image globale.

Quelles applications nécessitent une calibration de balance des blancs automatique ?

Photographie intérieure

En photographie d'intérieur, les photographes doivent souvent travailler avec des sources de lumière mixtes, telles que la lumière naturelle mélangée à la lumière artificielle. Le rôle de l'AWB ici est de s'assurer que les teintes de peau des personnes et les couleurs de la scène sont naturellement coordonnées. En calibrant précisément l'algorithme AWB, le photographe peut réduire le travail de post-traitement et obtenir directement des images avec un bon équilibre des couleurs.

Caméra de recul pour voiture

Les caméras de recul pour voitures fonctionnent à différentes heures de la journée et dans différentes conditions d'éclairage. Le calibrage de l'AWB améliore la clarté et la précision des couleurs des images lors du recul de nuit ou par temps nuageux. En optimisant l'AWB, les conducteurs peuvent obtenir une vue arrière claire dans diverses conditions d'éclairage et améliorer la sécurité.

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FAQ

1 : Pourquoi ai-je besoin d'une calibration AWB pour ma lentille ?

Les caractéristiques d'une lentille, telles que le matériau, les filtres et les revêtements anti-réflexion, influencent la lumière qui passe à travers elle et donc la reproduction des couleurs. La calibration AWB des lentilles est effectuée pour compenser les écarts de couleur causés par ces facteurs et pour garantir la précision et la naturalité des images.

 
2 : Comment la température de couleur affecte-t-elle la qualité de l'image ?

La température de couleur détermine la couleur de la source lumineuse, et des températures de couleur différentes entraînent des ambiances de couleur différentes. La température de couleur influence l'interprétation et la reproduction des couleurs par l'appareil photo. Par exemple, une image sous une source lumineuse à faible température de couleur peut être chaude, tandis qu'une image sous une source lumineuse à haute température de couleur peut être froide. L'AWB compense ces variations en ajustant les paramètres de température de couleur de l'appareil photo pour garantir une précision des couleurs dans l'image.