Wat is de definitie van een donkere hoek? Hoe te corrigeren in embedded vision-toepassingen?

De snelle vooruitgang van beeldverwerkingsplatforms heeft een revolutie teweeggebracht in het veld en biedt betrouwbare en kosteneffectieve embedded vision-oplossingen in verschillende markten. Deze platforms verbeteren de beeldkwaliteit door middel van technieken zoals verbetering, restauratie, codering en compressie, waaronder het corrigeren van verlichting, het wijzigen van het formaat van afbeeldingen (digitale zoom), randdetectie en het evalueren van segmentatie-algoritmen. In deze toepassingen zijn CMOS-beeldsensoren het meest gebruikte type beeldsensor geworden, waarbij licht wordt opgevangen om een pixelarray te vormen die als basis dient voor de daaropvolgende beeldverwerking.

Het selecteren van de juiste lens om te integreren met de cameramodule voor optimale beeldvastlegging en -verwerking is echter een uitdagend proces. Het gaat om het bepalen van de juistegezichtsveld (FOV), kiezen tussen vaste focus of autofocus en de werkafstand instellen. Bovendien kunnen optische verschijnselen zoals lensvinnieting en problemen met de witbalans de beelduitvoer verstoren, waardoor de uiteindelijke visuele kwaliteit wordt beïnvloed.

In dit artikel gaan we dieper in op het concept van lensvignettering, analyseren we de oorzaken ervan en bieden we praktische oplossingen om gebruikers van embedded camera's te helpen dit probleem met de beeldkwaliteit op te lossen.

Wat is lensvignettering?

Lensvignettering verwijst naar de geleidelijke afname van de helderheid of verzadiging van het midden naar de randen of hoeken van een afbeelding. Ook bekend als schaduw, lichtuitval of luminantieschaduw, wordt de mate van vinnieting meestal gemeten in f-stops en is afhankelijk van de grootte van het diafragma van de lens en verschillende ontwerpparameters.

Het diafragma regelt de helderheid van het beeld door de totale hoeveelheid licht te wijzigen die de camerasensor via de lens bereikt.

Lichtafval heeft niet alleen invloed op de visuele kwaliteit van een afbeelding, maar kan in bepaalde toepassingen ook leiden tot het verlies van cruciale visuele informatie. Bij industriële inspectie of medische beeldvorming die nauwkeurige kleur- en helderheidsconsistentie vereist, kan vignettering bijvoorbeeld leiden tot verkeerde inschattingen of onnauwkeurige analyse. Daarom is het begrijpen en nemen van maatregelen om vignettering van brillenglazen te verminderen of te elimineren essentieel voor het waarborgen van de beeldkwaliteit en het verbeteren van de prestaties van zichtsystemen.

Hoe wordt vignettering gevormd en welke soorten omvat het?

Waarom vignet? Het optreden van lensvignettering kan worden toegeschreven aan verschillende factoren, voornamelijk vanwege het ontwerp van optische elementen zelf. Het belemmeren van licht met externe gereedschappen kan dit fenomeen verergeren, en soms wordt het opzettelijk geïntroduceerd tijdens de nabewerking.

De verschillende oorzaken van lensvignettering zijn onder meer:

• Optische vignettering:Dit type treedt op vanwege de fysieke beperkingen van de lens, waardoor wordt voorkomen dat licht buiten de as de randen van de beeldsensor volledig bereikt, wat vooral duidelijk is in complexe optische systemen met meerdere lenselementen.
• Natuurlijke vignettering:Ook bekend als cos4θ fall-off, is het een natuurlijke afname van de helderheid als gevolg van de hoek van het licht ten opzichte van het beeldvlak, volgens de cosinus vierde wet, waarbij de helderheid snel afneemt naarmate de hoek met de optische as toeneemt.
• Hoofd Ray Hoek (CRA):CRA is een belangrijke parameter bij het selecteren van lenzen en sensoren, die van invloed is op de helderheid en helderheid aan de beeldranden. Een te hoge CRA kan schaduwen aan de randen van de afbeelding veroorzaken, wat de beeldkwaliteit beïnvloedt.
• Mechanische vignettering:Treedt op wanneer de lichtstraal mechanisch wordt geblokkeerd door de lensvatting, filterringen of andere objecten, waardoor de helderheid aan de randen van het beeld kunstmatig wordt verminderd. Dit is gebruikelijk wanneer de beeldcirkel van de lens kleiner is dan de sensorgrootte.
• Nabewerking:Soms, voor artistieke effecten of om het centrale onderwerp van een afbeelding te benadrukken, voegen fotografen opzettelijk optisch vignet toe tijdens de nabewerking.

Wat zijn de methoden om lensvignettering te corrigeren?

Zoals besproken is lensvignettering een ongewenst optisch fenomeen. Hoewel het niet volledig kan worden vermeden, kan het effectief worden gecorrigeerd voor ingebed zicht met de volgende maatregelen:

• Overeenkomende CRA-waarden:Ervoor zorgen dat de CRA-waarde van de lens lager is dan die van de microlens van de sensor is om beeldvorming, verlichting of kleurproblemen te voorkomen. Fabrikanten moeten lensontwerpen controleren zodat deze overeenkomen met de sensorlay-outs.
• De Image Signal Processor (ISP) aanpassen:De ISP speelt een belangrijke rol bij het verwerken van beelden die door de sensor zijn vastgelegd. Specifieke procedures, zoals Imatest, kunnen de beeldkwaliteit testen en specifieke registers in de ISP aanpassen om lensschaduwen te verminderen.
• Het f-stopgetal verhogen:Door het f-stopgetal van de lens te verhogen (d.w.z. het diafragma te verkleinen), kan de impact van natuurlijke vignettering of cos4θ fall-off worden verminderd.
• Een langere brandpuntsafstand gebruiken:In het geval van een lage f/# (verhouding tussen brandpuntsafstand en diafragmagrootte), lenzen met een korte brandpuntsafstand of wanneer een hoge resolutie nodig is tegen lage kosten, kan mechanische cameravignettering worden geëlimineerd door een langere brandpuntsafstand te gebruiken.
• Correctie van het vlakke veld:Een veelgebruikte methode voor zware lensvinettintg-correctie, het omvat het gelijkmatig verlichten van een plat oppervlak en het vastleggen van donkerveld- en lichtreferentiekaders, en vervolgens het berekenen en toepassen van vlakveldcorrectie.
• Met behulp van softwaretools:Verschillende softwaretools, zoals microscopie image stitching tools en CamTool, kunnen worden gebruikt voor lensschaduwcorrectie.
• Telecentrische lenzen gebruiken:Lenzen die zijn ontworpen om telecentrisch te zijn in de beeldruimte, kunnen de roll-off corrigeren omdat deze telecentriciteit een uiterst uniforme verlichting van het beeldvlak produceert, waardoor de normale cos4θ fall-off in de verlichting van het beeldvlak van de optische as naar de hoek van het veld wordt geëlimineerd.

We hopen dat dit artikel nuttig is geweest bij het aanpakken van lensvignettering. Natuurlijk, als u nog vragen heeft over het overwinnen van lensvignettering in embedded vision of als u wilt integrerenIngebouwde cameramodulesin uw producten, neem dan gerust contact met ons op - Sinoseen, een ervarenChinese fabrikant van cameramodules.