ホワイトバランスキャリブレーションとは何ですか?どのような影響要因があるのでしょうか?

2024年11月20日

屋内でも屋外でも、日の出でも日没でも、照明条件が異なれば、画像の色の精度にも異なる影響があります。自動ホワイトバランス(AWB)は、画像信号プロセッサ(ISP)の主要な機能であり、照明条件が変化する条件下でシーンの真の色を復元するという主なタスクがあります。AWBを正しく設定することは、組み込みカメラモジュールの出力品質にとって重要であり、センサーの解像度、ピクセルサイズ、照明条件、レンズの選択など、さまざまな側面に影響します。人間の目は、さまざまな色温度に自動的に適応してさまざまな色のバランスを取りますが、カメラのレンズは、出力画像ができるだけ自然になるように、「ホワイトバランス」を通じてこのプロセスをシミュレートする必要があります。

エンベデッドビジョンアプリケーションでは、レンズの色再現能力が常に同じであるとは限らず、適切な自動ホワイトバランスキャリブレーションが必要です。この記事では、自動ホワイトバランスキャリブレーションの主要な概念を掘り下げ、レンズと自動ホワイトバランスの関係を分析し、色温度が画像出力に与える影響について説明します。

オートホワイトバランスキャリブレーションとは何ですか?

オートマチックホワイトバランス(AWB)は、デジタルカメラに欠かせない機能です。その中心的なタスクは、さまざまな照明条件下で画像のカラーバランスを自動的に調整して、白やその他のニュートラルカラーが画像内の真の色を維持するようにすることです。AWBは、光源の色温度の変動を補正することで、人間の目に近い色をカメラで撮影し、混合光や極端な照明条件下でも自然で一貫した色を維持できます。光源が混在している、または極端な照明条件下でも、自然で一貫した色。

AWB機能はどのように機能しますか?

AWB機能は、画像内の白または中間色の領域を特定して調整することに基づいて機能します。もしカメラモジュールこれらの領域を検出すると、RGB(赤、緑、青)チャネルの強度を調整して、これらの領域が画像にニュートラルカラーを表示するようにします。このプロセスには、画像データを分析し、目的の色補正パラメータを自動的に計算する複雑なアルゴリズムが含まれます。一部の高度なカメラシステムでは、AWBアルゴリズムは、昼光、蛍光灯、白熱灯などの複数の光源を認識して適応し、より正確な色再現を実現することさえできます。

AWBの実装に影響を与えるその他の関連要因は何ですか?

AWBを実装するには、カメラはさまざまな色温度で色がどのように変化するかを理解する必要があります。色温度の概念は、黒体ラジエーターによって異なる温度で放出される光の色(通常はケルビンで測定)に由来し、異なる光源と色雰囲気に対応するさまざまな色温度値を使用します。たとえば、昼光の色温度は約 5500 K ですが、白熱灯の色温度は約 2800 K です。AWBの目的は、カメラでキャプチャされた白いオブジェクトを、これらの異なる色温度で画像内で真の白として表示することです。

これに加えて、AWBの実装は画像信号プロセッサのアルゴリズムに依存し、レンズの特性の影響を受けます。したがって、最高のAWB結果を得るためには、レンズとカメラセンサーの間に相乗的なキャリブレーションを行うことも非常に重要です。これには、レンズの材質、フィルター、チーフレイアングル(CRA)、レンズの反射防止コーティングなどの要素の組み合わせが含まれます。

レンズはAWbにどのように影響しますか?

レンズは、イメージング用の光学部品であるだけでなく、色の精度の重要な要素でもあります。レンズの材料、デザイン、コーティングは、レンズを通過する光に影響を与え、それがカメラセンサーが受け取る光の色に影響を与え、最終的にはAWBアルゴリズムの補正効果に影響を与えます。

レンズ素材:レンズの材質はプラスチックまたはガラスであり、材料が異なれば光の屈折と分散の特性も異なるため、光の波長分布が変化し、色の再現に影響を与えます。たとえば、プラスチックレンズはガラスレンズよりも色収差を引き起こす可能性が高く、それを補正するためにAWBアルゴリズムが必要です。
カラースペクトルフィルター:レンズに使用されているフィルターによって、レンズを通過してセンサーに到達できる光の波長が決まります。これらのフィルターの品質は、特に自動ホワイトバランス調整において、カラーバランスに直接影響します。
チーフ光線角度 (CRA):CRAは、レンズが光を受ける角度を表し、広角レンズの場合、CRAは画像の端での光の分布と色の均一性に影響を与えるため、特に重要です。AWBアルゴリズムは、画像の全範囲で色補正が一貫していることを確認するために、CRAを考慮に入れる必要があります。
反射防止コーティング:レンズの反射防止コーティングは、レンズの内部反射を最小限に抑え、光の透過率を向上させ、フレアとゴーストを減らすために使用されます。これらのコーティングの品質は、センサーが受け取る光の量と質、ひいてはAWBの性能に直接影響します。

最適なAWB結果を得るには、カメラセンサーとISPを使用してレンズを正確にキャリブレーションする必要があります。

エンベデッドビジョンシステムでホワイトバランスキャリブレーションを実行する方法は?

自動ホワイトバランス(AWB)キャリブレーションでは、カメラのイメージシグナルプロセッサー(ISP)とそれと連携するレンズを微調整して、さまざまな光源からの色温度変動やレンズ特性の色への影響を補正します。以下は、AWBキャリブレーションプロセスの詳細な手順です。

色温度の選択と画像キャプチャ:最初のステップは、一連の所定の色温度(通常は昼光、蛍光灯、白熱灯など)でテスト画像をキャプチャすることです。この手順では、カメラが遭遇する可能性のある色温度をシミュレートします。この手順では、カメラが遭遇する可能性のあるさまざまな照明環境をシミュレートし、その後のキャリブレーションのためのデータベースを提供します。
ホワイトバランスアルゴリズムの適用:次に、キャプチャされた画像にAWBアルゴリズムが適用されます。このアルゴリズムの目標は、画像内の白またはニュートラルな領域を識別し、RGB チャネルのゲインを調整して、これらの領域が異なる色温度でニュートラルにレンダリングされるようにすることです。
レンズ特性の補正:レンズ材料、フィルター、反射防止コーティングの特性は色再現に影響を与える可能性があるため、これらの要因を補正する必要があります。これには通常、AWBアルゴリズムのパラメータを調整して、レンズによる色の偏差を補正することが含まれます。
微調整と最適化:キャリブレーションプロセスでは、AWB アルゴリズムのパラメーターを微調整するために、数回の反復が必要になる場合があります。これには、色温度のしきい値の調整、アルゴリズムの応答速度の最適化、さまざまな照明条件下での色の一貫性の確保が含まれます。
検証とテスト:最後に、AWBキャリブレーションの有効性は、実際の照明条件下でカメラをテストすることにより検証されます。これには、自然光源と人工光源の両方での画像のキャプチャ、色の精度と全体的な画質の評価が含まれます。

自動ホワイトバランスキャリブレーションが必要なアプリケーションは何ですか?

室内撮影

屋内写真では、写真家は自然光と人工光を混ぜたような混合光源で作業する必要があることがよくあります。ここでのAWBの役割は、人々の肌の色とシーンの色が自然に調和するようにすることです。AWBアルゴリズムを正確にキャリブレーションすることで、写真家はポストエディットの作業負荷を軽減し、カラーバランスの良い画像を直接取得できます。

カーリバースカメラ

カーリバースカメラは、さまざまな時間帯やさまざまな照明条件で動作します。AWBキャリブレーションは、夜間や曇りの日に反転するときの画像の鮮明さと色の精度を向上させます。AWBを最適化することで、ドライバーはさまざまな照明条件下でクリアなリアビューを得ることができ、安全性を向上させることができます。

Sinoseenは、レンズのキャリブレーションとカメラモジュールのカスタマイズのための組み込みビジョンエンジニアリングを支援します

Sinoseenでは、エンベデッドビジョンプロジェクトのエンジニアや技術者が、アプリケーションの要件を満たすために適切なレンズを選択し、適切なカメラモジュールを適合させるお手伝いをします。さらに、ハウジングデザイン、オンボードデザインなど、さまざまなカスタマイズサービスも提供しています。Sinoseenの製品とサービスの詳細については、お気軽にお問い合わせください.

FAQ

1:なぜレンズにAWBキャリブレーションが必要なのですか?

素材、フィルター、反射防止コーティングなどのレンズの特性は、レンズを通過する光、したがって色の再現に影響を与えます。レンズのAWBキャリブレーションは、これらの要因によって引き起こされる色の偏差を補正し、画像の色の精度と自然さを確保するために実行されます。

2:色温度は画質にどのように影響しますか?

色温度は光源の色を決定し、色温度が異なれば色雰囲気も異なります。色温度は、カメラの色の解釈と再現に影響します。たとえば、色温度の低い光源の下の画像は暖色系で、色温度の高い光源の下の画像は低温色である場合があります。AWBは、カメラの色温度設定を調整して画像の色精度を確保することにより、これらの変動を補正します。