Qual è la definizione di un angolo oscuro? Come correggerlo nelle applicazioni di visione incorporata?

L'avanzamento rapido delle piattaforme di elaborazione delle immagini ha rivoluzionato il campo, offrendo soluzioni di visione incorporata affidabili e a costo contenuto in vari settori. Queste piattaforme migliorano la qualità delle immagini attraverso tecniche come l'enhancement, il restauro, la codifica e la compressione, che includono la correzione dell'illuminazione, il ridimensionamento delle immagini (zoom digitale), la rilevazione dei bordi e la valutazione degli algoritmi di segmentazione. In queste applicazioni, i sensori CMOS sono diventati il tipo di sensore immagine più comunemente utilizzato, catturando la luce per formare una matrice di pixel che costituisce la base per l'elaborazione successiva delle immagini.

Tuttavia, selezionare la lente appropriata da integrare con il modulo della telecamera per un'ottimale cattura e elaborazione delle immagini è un processo sfidante. Si tratta di determinare la corretta angolazione di campo (FOV) , scegliere tra fuoco fisso o autofocus e impostare la distanza di lavoro. Inoltre, fenomeni ottici come il vignettaggio della lente e i problemi di bilanciamento del bianco possono interferire con l'output dell'immagine, influenzando la qualità visiva finale.

In questo articolo, esploreremo il concetto di vignettaggio della lente, analizzeremo le sue cause e forniremo soluzioni pratiche per aiutare gli utenti di telecamere integrate a eliminare questo problema di qualità delle immagini.

Cos'è il vignettaggio della lente?

Il vignettaggio della lente si riferisce al graduale calo di luminosità o saturazione dal centro verso i bordi o gli angoli di un'immagine. Noto anche come ombreggiatura, perdita di luce o ombreggiatura di luminanza, l'estensione del vignettaggio è generalmente misurata in f-stop e dipende dalla dimensione dell'apertura della lente e da vari parametri di progettazione.

L'apertura controlla la luminosità dell'immagine alterando la quantità totale di luce che raggiunge il sensore della macchina fotografica attraverso l'obiettivo.

Il vignettatura non solo influisce sulla qualità visiva di un'immagine, ma può anche portare alla perdita di informazioni visive cruciali in alcune applicazioni. Ad esempio, nell'ispezione industriale o nell'imaging medico che richiede una coerenza precisa di colore e luminosità, il vignettatura può causare giudizi errati o analisi inesatte. Pertanto, comprendere e prendere misure per ridurre o eliminare il vignettatura dell'obiettivo è essenziale per garantire la qualità delle immagini e migliorare le prestazioni dei sistemi di visione.

Come si forma il vignettatura e quali tipi include?

Perché vignettatura? L'occorrenza del vignettatura dell'obiettivo può essere attribuita a vari fattori, principalmente dovuti alla progettazione degli elementi ottici stessi. Ostacolare la luce con strumenti esterni può aggravare questo fenomeno, e a volte viene introdotto intenzionalmente durante il post-processing.

Le diverse cause di vignettatura dell'obiettivo includono:

• Vignettatura ottica: Questo tipo si verifica a causa delle limitazioni fisiche dell'obiettivo, che impedisce alla luce fuori asse di raggiungere completamente i bordi del sensore immagine, particolarmente evidente in sistemi ottici complessi con più elementi di lente.
• Vignettatura naturale: Nota anche come calo cos4θ, è una diminuzione naturale della luminosità dovuta all'angolo di luce rispetto al piano dell'immagine, seguendo la legge del coseno al quarto, dove la luminosità diminuisce rapidamente man mano che l'angolo con l'asse ottico aumenta.
• Angolo del Raggio Principale (CRA): Il CRA è un parametro importante quando si selezionano obiettivi e sensori, influenzando la luminosità e la chiarezza ai bordi dell'immagine. Un CRA eccessivo può causare ombre ai bordi dell'immagine, compromettendo la qualità dell'immagine.
• Vignettatura meccanica: Si verifica quando il fascio di luce viene meccanicamente ostruito dal montaggio obiettivo, dagli anelli dei filtri o da altri oggetti, causando una riduzione artificiale della luminosità ai bordi dell'immagine. Questo è comune quando il cerchio d'immagine dell'obiettivo è più piccolo della dimensione del sensore.
• Post-Elaborazione: A volte, per effetti artistici o per evidenziare il soggetto centrale di un'immagine, i fotografi aggiungono intenzionalmente un vignettatura ottica durante il post-elaborazione.

Quali sono i metodi per correggere la vignettatura dell'obiettivo?

Come discusso, la vignettatura dell'obiettivo è un fenomeno ottico indesiderato. Sebbene non possa essere completamente evitato, può essere corretto efficacemente per la visione embeddable con le seguenti misure:

• Abbinamento dei valori CRA: Assicurarsi che il valore CRA dell'obiettivo sia inferiore a quello delle microlenti del sensore è fondamentale per eliminare problemi di illuminazione o di colore nell'immagine. I produttori devono controllare i progetti degli obiettivi per adattarli alle disposizioni dei sensori.
• Regolazione del Processore di Segnale Immagine (ISP): L'ISP svolge un ruolo significativo nel processamento delle immagini catturate dal sensore. Procedure specifiche, come Imatest, possono testare la qualità dell'immagine e regolare registri specifici nell'ISP per mitigare l'ombreggiatura della lente.
• Aumentando il numero di f-stop: Aumentando il numero di f-stop della lente (ovvero riducendo l'apertura), è possibile ridurre l'impatto dell'ombreggiatura naturale o del decadimento cos4θ.
• Utilizzo di una lunghezza focale maggiore: In caso di basso f/# (rapporto tra lunghezza focale e dimensione dell'apertura), lenti con lunghezza focale breve o quando è necessaria alta risoluzione a basso costo, l'ombreggiatura meccanica della fotocamera può essere eliminata utilizzando una lunghezza focale maggiore.
• Correzione flat-field: Un metodo comune per la correzione dell'ombreggiatura della lente, che prevede l'illuminazione uniforme di una superficie piatta e la cattura di frame di riferimento scuri e luminosi, quindi il calcolo e l'applicazione della correzione flat-field.
• Utilizzo di strumenti software: Vari strumenti software, come strumenti di stitching di immagini microscopiche e CamTool, possono essere utilizzati per la correzione dell'ombreggiatura della lente.
• Utilizzo di lenti telecentriche: Lenti progettate per essere telecentriche nello spazio dell'immagine possono correggere il roll-off perché questa telecentricità produce un'illuminazione estremamente uniforme del piano dell'immagine, eliminando la normale caduta cos4θ dell'illuminazione del piano dell'immagine dall'asse ottico all'angolo del campo.

Speriamo che questo articolo sia stato utile per affrontare il problemi di vignettatura delle lenti. Naturalmente, se hai ancora domande su come superare la vignettatura delle lenti nella visione embeddable o se desideri integrare moduli camera embeddable nei tuoi prodotti, non esitare a contattarci - Sinoseen, una società esperta produttore cinese di moduli camera .