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ダークアングルの定義は何ですか?エンベデッドビジョンアプリケーションで補正する方法は?

2024年11月30日

画像処理プラットフォームの急速な進歩により、この分野は革命的になり、さまざまな市場で信頼性と費用対効果の高い組み込みビジョンソリューションを提供しています。これらのプラットフォームは、照明の補正、画像のサイズ変更(デジタルズーム)、エッジ検出、セグメンテーションアルゴリズムの評価など、エンハンスメント、復元、エンコーディング、圧縮などの手法を通じて画像品質を向上させます。これらのアプリケーションでは、CMOSイメージセンサーが最も一般的に使用されるタイプのイメージセンサーになり、光を取り込んでピクセルアレイを形成し、その後の画像処理の基盤となるものとなっています。

しかし、最適な画像キャプチャと処理のためにカメラモジュールと統合する適切なレンズを選択することは、困難なプロセスです。それは正しい決定を含みます視野(FOV)、固定焦点またはオートフォーカスの選択、および作動距離の設定。さらに、レンズのビニーやホワイトバランスの問題などの光学現象が画像出力に干渉し、最終的な視覚品質に影響を与える可能性があります。

この記事では、レンズケラレの概念を掘り下げ、その原因を分析し、組み込みカメラのユーザーがこの画質の問題を解消するのに役立つ実用的なソリューションを提供します。

レンズケラレとは?

レンズケラレとは、画像の中心から端または角に向かって明るさまたは彩度が徐々に減少することを指します。シェーディング、光減衰、または輝度シェーディングとも呼ばれるビニーティングの範囲は、通常、Fストップで測定され、レンズの絞りサイズとさまざまな設計パラメータによって異なります。

絞りは、レンズを介してカメラセンサーに到達する光の総量を変更することにより、画像の明るさを制御します。

What is lens vignetting.jpg

ケラレは、画像の視覚品質に影響を与えるだけでなく、特定のアプリケーションでは重要な視覚情報の損失にもつながる可能性があります。たとえば、正確な色と輝度の一貫性が必要な工業検査や医用画像処理では、ケラレが発生すると、判断ミスや不正確な分析につながる可能性があります。したがって、レンズケラレを理解し、低減または排除するための対策を講じることは、ビジョンシステムの画質を確保し、パフォーマンスを向上させるために不可欠です。

ケラレはどのように形成され、どのような種類が含まれますか?

なぜビネットなのか?レンズケラレの発生は、主に光学素子自体の設計によるさまざまな要因に起因する可能性があります。外部ツールで光を遮ると、この現象が悪化する可能性があり、後処理中に意図的に導入されることもあります。

How is the lens vignetting formed.jpg

レンズケラレのさまざまな原因は次のとおりです。

  • 光学ケラレ:このタイプは、レンズの物理的な制限が原因で発生し、軸外光がイメージセンサーの端に完全に到達するのを妨げ、特に複数のレンズ要素を持つ複雑な光学システムで顕著です。
  • 自然なケラレ:cos4θフォールオフとも呼ばれ、光軸との角度が大きくなるにつれて明るさが急速に低下する余弦第4法則に従って、像面に対する光の角度による明るさの自然な減少です。
  • チーフ光線角 (CRA):CRAは、レンズやセンサーを選択する際の重要なパラメータであり、画像の端の明るさと鮮明さに影響を与えます。CRAが過剰になると、画像の端に影が発生し、画質に影響を与える可能性があります。
  • メカニカルケラレ:光線がレンズマウント、フィルターリング、またはその他の物体によって機械的に遮断され、画像の端で人工的な輝度低下を引き起こす場合に発生します。これは、レンズのイメージサークルがセンサーサイズよりも小さい場合によく見られます。
  • 後処理:芸術的な効果を得るために、または画像の中心的な被写体を強調するために、写真家は後処理中に意図的に光学的なビネットを追加することがあります。

レンズのケラレを修正する方法は何ですか?

前述のように、レンズケラレは望ましくない光学現象です。完全に回避することはできませんが、次の方法で埋め込みビジョンを効果的に矯正できます。

  • CRA 値の一致:レンズのCRA値がセンサーのマイクロレンズのCRA値よりも小さいことを確認することは、イメージング、照明、または色の問題を解消するために重要です。メーカーは、センサーのレイアウトに一致するようにレンズの設計を確認する必要があります。
  • Image Signal Processor(ISP)の調整:ISPは、センサーによってキャプチャされた画像の処理において重要な役割を果たします。Imatestなどの特定の手順では、ISPで画質をテストし、特定のレジスタを調整してレンズシェーディングを軽減できます。
  • Fストップ数を増やす:レンズのF値数を増やす(絞りを小さくする)ことで、自然なケラレやcos4θの減衰の影響を減らすことができます。
  • より長い焦点距離を使用する:f/#(焦点距離と絞りサイズの比率)が低い場合、焦点距離が短いレンズの場合、または低コストで高解像度が必要な場合、焦点距離を長くすることでメカニカルカメラのケラレを解消できます。
  • フラットフィールド補正:重いレンズのビネチント補正の一般的な方法であり、平面を均一に照らし、暗視野と光の参照フレームをキャプチャしてから、フラットフィールド補正を計算して適用します。
  • ソフトウェアツールの使用:顕微鏡画像スティッチングツールやCamToolなど、さまざまなソフトウェアツールをレンズシェーディング補正に使用できます。
  • テレセントリックレンズの使用:像空間でテレセントリックするように設計されたレンズは、このテレセントリック性が非常に均一な像面照明を生成し、光軸から視野の隅までの像面照明の通常のcos4θフォールオフを排除するため、ロールオフを補正できます。

この記事がレンズケラレの対処に役立つことを願っています。もちろん、エンベデッドビジョンでのレンズケラレの克服についてまだ疑問がある場合や、統合したい場合は組み込みカメラモジュールあなたの製品に、私達に連絡すること自由に感じてください—Sinoseen、経験豊富中国のカメラモジュールメーカー.

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