Qual è la definizione di angolo oscuro? Come correggere nelle applicazioni di visione embedded?

Il rapido progresso delle piattaforme di elaborazione delle immagini ha rivoluzionato il settore, offrendo soluzioni di visione integrate affidabili ed economiche in vari mercati. Queste piattaforme migliorano la qualità dell'immagine attraverso tecniche come il miglioramento, il restauro, la codifica e la compressione, che includono la correzione dell'illuminazione, il ridimensionamento delle immagini (zoom digitale), il rilevamento dei bordi e la valutazione degli algoritmi di segmentazione. In queste applicazioni, i sensori di immagine CMOS sono diventati il tipo di sensore di immagine più comunemente usato, catturando la luce per formare un array di pixel che funge da base per la successiva elaborazione delle immagini.

Tuttavia, la selezione dell'obiettivo giusto da integrare con il modulo della fotocamera per l'acquisizione e l'elaborazione ottimali delle immagini è un processo impegnativo. Si tratta di determinare il correttocampo visivo (FOV), scegliendo tra messa a fuoco fissa o autofocus e impostando la distanza di lavoro. Inoltre, fenomeni ottici come il vinnieting dell'obiettivo e i problemi di bilanciamento del bianco possono interferire con l'output dell'immagine, compromettendo la qualità visiva finale.

In questo articolo, approfondiremo il concetto di vignettatura dell'obiettivo, analizzeremo le sue cause e forniremo soluzioni pratiche per aiutare gli utenti di fotocamere incorporate a eliminare questo problema di qualità dell'immagine.

Che cos'è la vignettatura dell'obiettivo?

La vignettatura dell'obiettivo si riferisce alla graduale diminuzione della luminosità o della saturazione dal centro ai bordi o agli angoli di un'immagine. Conosciuta anche come ombreggiatura, caduta della luce o ombreggiatura della luminanza, l'entità del vinnieting è tipicamente misurata in f-stop e dipende dalle dimensioni dell'apertura dell'obiettivo e da vari parametri di progettazione.

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

La 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 precisa uniformità di colore e luminosità, la vignettatura può causare errori di valutazione o analisi imprecise. Pertanto, comprendere e adottare misure per ridurre o eliminare la vignettatura dell'obiettivo è essenziale per garantire la qualità dell'immagine e migliorare le prestazioni dei sistemi di visione.

Come si forma la vignettatura e quali tipi include?

Perché la vignetta? Il verificarsi della vignettatura dell'obiettivo può essere attribuito a vari fattori, principalmente a causa del design degli elementi ottici stessi. L'ostruzione della luce con strumenti esterni può esacerbare questo fenomeno e talvolta viene introdotto intenzionalmente durante la post-elaborazione.

Le diverse cause della vignettatura dell'obiettivo includono:

• Vignettatura ottica:Questo tipo si verifica a causa delle limitazioni fisiche dell'obiettivo, che impediscono alla luce fuori asse di raggiungere completamente i bordi del sensore di immagine, particolarmente evidente nei sistemi ottici complessi con più elementi dell'obiettivo.
• Vignettatura naturale:Conosciuta anche come decadimento cos4θ, è una naturale diminuzione della luminosità dovuta all'angolo di luce rispetto al piano dell'immagine, seguendo la quarta legge del coseno, dove la luminosità diminuisce rapidamente all'aumentare dell'angolo con l'asse ottico.
• Capo Ray Angle (CRA):Il CRA è un parametro importante nella selezione di obiettivi e sensori, che influisce sulla luminosità e sulla nitidezza 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 raggio di luce viene bloccato meccanicamente dall'innesto dell'obiettivo, dagli anelli del filtro o da altri oggetti, causando una riduzione artificiale della luminosità ai bordi dell'immagine. Questo è comune quando il cerchio dell'immagine dell'obiettivo è più piccolo delle dimensioni del sensore.
• Post-elaborazione:A volte, per effetti artistici o per evidenziare il soggetto centrale di un'immagine, i fotografi aggiungono intenzionalmente una vignettatura ottica durante la 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 incorporata con le seguenti misure:

• Valori CRA corrispondenti:Assicurarsi che il valore CRA della lente sia inferiore a quello della microlente del sensore è fondamentale per eliminare l'illuminazione dell'imaging o i problemi di colore. I produttori devono controllare il design delle lenti in modo che corrisponda ai layout dei sensori.
• Regolazione del processore del segnale immagine (ISP):L'ISP svolge un ruolo significativo nell'elaborazione 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 dell'obiettivo.
• Aumento del numero f-stop:Aumentando il numero di f-stop dell'obiettivo (cioè riducendo l'apertura), è possibile ridurre l'impatto della vignettatura naturale o della caduta cos4θ.
• Utilizzando una lunghezza focale maggiore:In caso di f/# basso (rapporto tra lunghezza focale e dimensione dell'apertura), obiettivi a lunghezza focale corta o quando è necessaria un'alta risoluzione a basso costo, la vignettatura meccanica della fotocamera può essere eliminata utilizzando una lunghezza focale maggiore.
• Correzione del campo piatto:Un metodo comune per la correzione della vinettintg con lenti pesanti, consiste nell'illuminare uniformemente una superficie piana e catturare i fotogrammi di riferimento del campo scuro e della luce, quindi calcolare e applicare la correzione del campo piatto.
• Utilizzo di strumenti software:Vari strumenti software, come gli strumenti di stitching delle immagini al microscopio e CamTool, possono essere utilizzati per la correzione dell'ombreggiatura delle lenti.
• Utilizzo di obiettivi telecentrici:Gli obiettivi progettati per essere telecentrici nello spazio dell'immagine possono correggere il roll-off perché questa telecentricità produce un'illuminazione del piano dell'immagine estremamente uniforme, eliminando la normale caduta cos4θ nell'illuminazione del piano dell'immagine dall'asse ottico all'angolo del campo.

Speriamo che questo articolo sia stato utile per affrontare la vignettatura dell'obiettivo. Naturalmente, se hai ancora domande su come superare la vignettatura dell'obiettivo nella visione incorporata o se desideri integrareModuli telecamera integratinei tuoi prodotti, non esitare a contattarci: Sinoseen, un espertoProduttore cinese di moduli fotocamera.