Che cos'è la calibrazione del bilanciamento del bianco? Quali sono i fattori che lo influenzano?

Sia all'interno che all'esterno, all'alba o al tramonto, diverse condizioni di illuminazione hanno effetti diversi sulla precisione del colore delle immagini. Il bilanciamento automatico del bianco (AWB), una funzione chiave dell'Image Signal Processor (ISP), ha il compito principale di ripristinare i colori reali di una scena in condizioni di illuminazione variabili. L'impostazione corretta dell'AWB è importante per la qualità dell'output di un modulo telecamera incorporato, che influisce su una serie di aspetti come la risoluzione del sensore, la dimensione dei pixel, le condizioni di illuminazione e la selezione dell'obiettivo. A differenza dell'occhio umano, che si adatta automaticamente a diverse temperature di colore per bilanciare vari colori, gli obiettivi della fotocamera devono simulare questo processo attraverso il "bilanciamento del bianco" per garantire che l'immagine di output sia il più naturale possibile.

 
Nelle applicazioni di visione embedded, la capacità di riproduzione dei colori delle lenti non è sempre la stessa ed è necessaria un'adeguata calibrazione automatica del bilanciamento del bianco. In questo articolo, approfondiremo i concetti chiave della calibrazione automatica del bilanciamento del bianco, analizzeremo la relazione tra obiettivi e bilanciamento automatico del bianco e spiegheremo l'impatto della temperatura del colore sull'output dell'immagine.

 
Che cos'è la calibrazione automatica del bilanciamento del bianco?

Il bilanciamento automatico del bianco (AWB) è una funzione indispensabile nelle fotocamere digitali. Il suo compito principale è quello di regolare automaticamente il bilanciamento del colore di un'immagine in diverse condizioni di illuminazione per garantire che i bianchi e altri colori neutri mantengano i loro veri colori in un'immagine. Compensando le variazioni della temperatura del colore di una sorgente luminosa, AWB consente alla fotocamera di catturare colori più vicini a ciò che vede l'occhio umano e di mantenere colori naturali e coerenti, anche in condizioni di luce mista o di illuminazione estrema. Colori naturali e coerenti anche in presenza di sorgenti luminose miste o in condizioni di illuminazione estreme.

 
Come funziona la funzione AWB?

La funzione AWB funziona in base all'identificazione e alla regolazione delle aree di colore bianco o neutro in un'immagine. Quando ilmodulo fotocamerarileva queste aree, regola l'intensità dei canali RGB (rosso, verde e blu) per garantire che queste aree mostrino colori neutri nell'immagine. Questo processo coinvolge algoritmi complessi che analizzano i dati dell'immagine e calcolano automaticamente i parametri di correzione del colore desiderati. In alcuni sistemi di telecamere avanzati, gli algoritmi AWB sono persino in grado di riconoscere e adattarsi a più fonti di luce, tra cui luce diurna, lampade fluorescenti, lampade a incandescenza, ecc., per ottenere una riproduzione dei colori più accurata.

Quali sono gli altri fattori rilevanti che influenzano l'implementazione dell'AWB?

Per implementare AWB, la fotocamera deve capire come cambia il colore a diverse temperature di colore. Il concetto di temperatura di colore deriva dal colore della luce emessa dai radiatori a corpo nero a diverse temperature, solitamente misurata in Kelvin, con diversi valori di temperatura di colore corrispondenti a diverse sorgenti luminose e atmosfere di colore. Ad esempio, la temperatura di colore della luce diurna è di circa 5500 K, mentre la temperatura di colore delle lampade a incandescenza è di circa 2800 K. Lo scopo dell'AWB è quello di far apparire gli oggetti bianchi catturati dalla fotocamera come bianco reale nell'immagine a queste diverse temperature di colore.

 
Oltre a questo, l'implementazione di AWB dipende dagli algoritmi del processore del segnale d'immagine ed è influenzata dalle caratteristiche dell'obiettivo. Pertanto, per ottenere i migliori risultati AWB, è anche estremamente importante avere una calibrazione sinergica tra l'obiettivo e il sensore della fotocamera. Ciò include una combinazione di fattori come il materiale della lente, i filtri, l'angolo di raggio principale (CRA) e il rivestimento antiriflesso della lente.

 
In che modo l'obiettivo influisce sull'AWb?

L'obiettivo non è solo un componente ottico per l'imaging, ma anche un fattore chiave per la precisione del colore. Il materiale, il design e il rivestimento dell'obiettivo avranno un impatto sulla luce che lo attraversa, che a sua volta influisce sul colore della luce ricevuta dal sensore della fotocamera e, in ultima analisi, influisce sull'effetto di correzione dell'algoritmo AWB.

• Materiale della lente:Il materiale della lente può essere di plastica o vetro, materiali diversi hanno diverse proprietà di rifrazione e dispersione della luce, che cambieranno la distribuzione della lunghezza d'onda della luce, influenzando così la riproduzione del colore. Ad esempio, le lenti in plastica possono avere maggiori probabilità di causare aberrazione cromatica rispetto alle lenti in vetro, il che richiede algoritmi AWB per compensare.
• Filtri dello spettro dei colori:I filtri utilizzati nell'obiettivo determinano quali lunghezze d'onda della luce possono passare attraverso l'obiettivo fino al sensore. La qualità di questi filtri influisce direttamente sul bilanciamento del colore, soprattutto nella regolazione automatica del bilanciamento del bianco.
• Angolo dei raggi principali (CRA):CRA descrive l'angolo con cui l'obiettivo riceve la luce, per gli obiettivi grandangolari, CRA è particolarmente importante, perché influisce sulla distribuzione della luce ai bordi dell'immagine e sull'uniformità del colore. Gli algoritmi AWB devono tenere conto del CRA per garantire che la correzione del colore sia coerente su tutta la gamma di immagini.
• Rivestimenti antiriflesso:I rivestimenti antiriflesso sulle lenti vengono utilizzati per ridurre al minimo i riflessi interni delle lenti, migliorare la trasmissione della luce e ridurre i bagliori e le immagini fantasma. La qualità di questi rivestimenti influisce direttamente sulla quantità e sulla qualità della luce ricevuta dal sensore, e quindi sulle prestazioni dell'AWB.

Per ottenere risultati AWB ottimali, l'obiettivo deve essere calibrato con precisione con il sensore della fotocamera e l'ISP.

 
Come eseguire la calibrazione del bilanciamento del bianco in un sistema di visione integrato?

La calibrazione automatica del bilanciamento del bianco (AWB) comporta la messa a punto del processore del segnale di immagine (ISP) della fotocamera e degli obiettivi che lavorano con esso per compensare le variazioni di temperatura del colore da diverse sorgenti luminose e gli effetti delle caratteristiche dell'obiettivo sul colore. Di seguito sono riportati i passaggi dettagliati del processo di calibrazione AWB.

1. Selezione della temperatura del colore e acquisizione dell'immagine:Il primo passo consiste nell'acquisire un'immagine di prova a una serie di temperature di colore predeterminate, che in genere includono luce diurna, fluorescente, incandescenza, ecc. Questo passaggio simula la temperatura del colore che la fotocamera potrebbe incontrare. Questo passaggio simula i vari ambienti di illuminazione che la telecamera può incontrare e fornisce un database per la successiva calibrazione.
2. Applicazione dell'algoritmo di bilanciamento del bianco:successivamente, l'algoritmo AWB viene applicato alle immagini acquisite. L'obiettivo dell'algoritmo è identificare le aree bianche o neutre nell'immagine e regolare il guadagno dei canali RGB in modo che queste aree siano rese neutre a diverse temperature di colore.
3. Compensazione delle caratteristiche dell'obiettivo:Poiché le caratteristiche dei materiali delle lenti, dei filtri e dei rivestimenti antiriflesso possono influenzare la riproduzione dei colori, questi fattori devono essere compensati. Questo di solito comporta la regolazione dei parametri nell'algoritmo AWB per correggere le deviazioni di colore indotte dall'obiettivo.
4. Messa a punto e ottimizzazione:Durante il processo di calibrazione, potrebbero essere necessarie diverse iterazioni per mettere a punto i parametri dell'algoritmo AWB. Ciò include la regolazione delle soglie di temperatura del colore, l'ottimizzazione della velocità di risposta dell'algoritmo e la garanzia dell'uniformità del colore in diverse condizioni di illuminazione.
5. Convalida e test:Infine, l'efficacia della calibrazione AWB viene verificata testando la fotocamera in condizioni di illuminazione reali. Ciò include l'acquisizione di immagini con fonti di luce naturale e artificiale e la valutazione dell'accuratezza del colore e della qualità complessiva dell'immagine.

Quali applicazioni richiedono la calibrazione automatica del bilanciamento del bianco?

Fotografia di interni

Nella fotografia di interni, i fotografi hanno spesso bisogno di lavorare con fonti di luce miste, come la luce naturale mescolata con la luce artificiale. il ruolo di AWB qui è quello di garantire che i toni della pelle delle persone e i colori della scena siano naturalmente coordinati. Calibrando accuratamente l'algoritmo AWB, il fotografo può ridurre il carico di lavoro del post-editing e ottenere direttamente immagini con un buon bilanciamento del colore.

Telecamera per la retromarcia dell'auto

Le telecamere per la retromarcia dell'auto funzionano in diversi momenti della giornata e in diverse condizioni di illuminazione. La calibrazione AWB migliora la nitidezza e la precisione del colore delle immagini durante la retromarcia notturna o nelle giornate nuvolose. Ottimizzando l'AWB, i conducenti possono ottenere una chiara visuale posteriore in varie condizioni di illuminazione e migliorare la sicurezza.

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Domande frequenti

1: Perché ho bisogno della calibrazione AWB per il mio obiettivo?

Le caratteristiche di una lente come il materiale, i filtri e i rivestimenti antiriflesso influenzano la luce che la attraversa e quindi la riproduzione dei colori. La calibrazione AWB delle lenti viene eseguita per compensare le deviazioni di colore causate da questi fattori e per garantire l'accuratezza del colore e la naturalezza delle immagini.

 
2: In che modo la temperatura del colore influisce sulla qualità dell'immagine?

La temperatura del colore determina il colore della sorgente luminosa e diverse temperature del colore determinano atmosfere di colore diverse. La temperatura del colore influisce sull'interpretazione e la riproduzione dei colori da parte della fotocamera. Ad esempio, un'immagine con una sorgente luminosa a bassa temperatura di colore può essere calda, mentre un'immagine con una sorgente luminosa ad alta temperatura di colore può essere fredda. AWB compensa queste variazioni regolando le impostazioni della temperatura del colore della fotocamera per garantire la precisione del colore nell'immagine.