Wat is witbalanscalibratie? Welke invloedsfactoren zijn er?

Of binnen of buiten, bij zonsopkomst of zonsondergang, verschillende verlichtingsomstandigheden hebben verschillende effecten op de kleur nauwkeurigheid van afbeeldingen. Automatische White Balance (AWB), een belangrijke functie in de Image Signal Processor (ISP), heeft als hoofdtaak de echte kleuren van een scène te herstellen onder veranderlijke verlichtingsomstandigheden. Het juist instellen van AWB is belangrijk voor de uitvoer-kwaliteit van een ingebouwde camera-module, wat invloed heeft op verschillende aspecten zoals sensortype, pixelsgrootte, verlichtingsomstandigheden en lenskeuze. In tegenstelling tot het menselijk oog, dat automatisch aanpast aan verschillende kleurtemperaturen om de verschillende kleuren te balanceren, hebben camera-lensen deze proces nodig te simuleren door 'witbalans' om ervoor te zorgen dat de uitkomst-afbeelding zo natuurlijk mogelijk is.

 
In ingebedde visieapplicaties is de kleurreproductiecapaciteit van lenzen niet altijd gelijk en is een juiste automatische witbalanscalibratie vereist. In dit artikel zullen we dieper ingaan op de belangrijkste concepten van automatische witbalanscalibratie, de relatie tussen lenzen en automatische witbalans analyseren en het effect van kleurtemperatuur op de beelduitkomst uitleggen.

 
Wat is Automatische Witbalanscalibratie?

Automatische witbalans (AWB) is een essentiële functie in digitale camera's. De kernopgave is om automatisch de kleurbalans van een afbeelding aan te passen bij verschillende verlichtingsomstandigheden, zodat witte en andere neutrale kleuren hun echte kleuren behouden in een afbeelding. Door te compenseren voor variaties in de kleurentemperatuur van een lichtbron, zorgt AWB ervoor dat de camera kleuren dichter bij wat het menselijk oog ziet vastlegt, en natuurlijke en consistentie in kleuren behoudt, zelfs bij gemengde verlichting of extreme verlichtingsomstandigheden.

 
Hoe werkt de AWB-functie?

De AWB-functie werkt door witte of neutrale kleurgebieden in een afbeelding te herkennen en aan te passen. Wanneer de Camera Module detecteert deze gebieden en past de intensiteit van de RGB-kanaalen (rood, groen en blauw) aan om ervoor te zorgen dat deze gebieden neutrale kleuren tonen in de afbeelding. Dit proces omvat complexe algoritmes die de afbeeldingsgegevens analyseren en automatisch de gewenste kleurcorrectieparameters berekenen. In sommige geavanceerde camera-systemen zijn AWB-algoritmes zelfs in staat om meerdere lichtbronnen te herkennen en zich aan te passen, waaronder daglicht, tl-lampen, peertjes, etc., om een nauwkeurigere kleurreproductie te bereiken.

Welke andere relevante factoren beïnvloeden de implementatie van AWB?

Om AWB te implementeren, moet de camera begrijpen hoe kleur verandert bij verschillende kleurtemperaturen. Het concept van kleurtemperatuur is afgeleid van de kleur van licht dat wordt uitgestraald door zwarte lichaamsstralers bij verschillende temperaturen, meestal gemeten in Kelvin, met verschillende kleurtemperatuurwaarden die corresponderen met verschillende lichtbronnen en kleurige atmosferes. Bijvoorbeeld, de kleurtemperatuur van daglicht bedraagt ongeveer 5500 K, terwijl de kleurtemperatuur van gloeilampen ongeveer 2800 K is. Het doel van AWB is ervoor te zorgen dat witte objecten die door de camera worden vastgelegd eruitzien als echte wit in het beeld bij deze verschillende kleurtemperaturen.

 
Daarnaast hangt de implementatie van AWB af van de algoritmes van de image signal processor en wordt deze beïnvloed door de kenmerken van de lens. Om de beste AWB-resultaten te bereiken, is een synergetische kalibratie tussen de lens en de camera sensor daarom uiterst belangrijk. Dit omvat een combinatie van factoren zoals het lensmateriaal, filters, Chief Ray Angle (CRA) en de anti-reflectiecoating van de lens.

 
Hoe beïnvloedt de lens de AWB?

De lens is niet alleen een optisch onderdeel voorbeeld voor afbeeldingen, maar ook een sleutelfactor voor kleur nauwkeurigheid. Het materiaal, de ontwerp en de coating van de lens hebben invloed op het licht dat erdoorheen gaat, wat op zijn beurt de kleur van het licht beïnvloedt dat door de camera sensor wordt ontvangen, en uiteindelijk de correctieeffecten van de AWB-algoritme beïnvloedt.

• Lensmateriaal: het materiaal van de lens kan plastic of glas zijn, verschillende materialen hebben verschillende brekings- en dispersie-eigenschappen voor licht, wat de golflengteverdeling van licht verandert, waardoor de kleurreproductie wordt beïnvloed. Bijvoorbeeld, plastic lenzen veroorzaken mogelijk vaker kleuraberratie dan glazen lenzen, wat vereist dat AWB-algoritmes dit compenseren.
• Kleurspectrumfilters: De filters die in de lens worden gebruikt bepalen welke golflengtes van licht door de lens naar de sensor kunnen gaan. De kwaliteit van deze filters beïnvloedt rechtstreeks de kleurbalance, vooral bij automatische witbalansaanpassing.
• Chief Rays Angle (CRA): CRA beschrijft de hoek waarop de lens licht ontvangt, voor wide-angle lenzen is CRA bijzonder belangrijk, omdat het de lichtverdeling aan de randen van het beeld en de kleurengelijkenis beïnvloedt. AWB-algoritmes moeten rekening houden met de CRA om te zorgen dat de kleurcorrectie consistent is over de hele afbeeldingsreeks.
• Anti-reflecterende coatings: Antireflectiecoating op lenzen wordt gebruikt om inwendige lensreflecties te minimaliseren, het lichttransmissiepercentage te verbeteren en flare en ghosting te verminderen. De kwaliteit van deze coatings beïnvloedt rechtstreeks de hoeveelheid en kwaliteit van het licht dat door de sensor wordt ontvangen, en daarmee ook de prestaties van AWB.

Om optimale AWB-resultaten te behalen, moet de lens nauwkeurig worden afgestemd op de camera-sensor en ISP.

 
Hoe voert u witbalanscalibratie uit in een embedded vision systeem?

Calibratie van Automatische Witbalans (AWB) houdt in dat de Image Signal Processor (ISP) van de camera en de lenzen die er mee samenwerken worden afgesteld om compensatie te bieden voor kleurentemperatuurvariaties van verschillende lichtbronnen en de effecten van lenskenmerken op kleur. Hieronder staan de gedetailleerde stappen van het AWB-calibratieproces.

1. Kleurentemperatuurselectie en afbeeldingsopname: De eerste stap is om een testbeeld te vangen bij een reeks vooraf bepaalde kleurtemperaturen, die doorgaans daglicht, fluorescente verlichting, peertjes, etc. insluiten. Deze stap simuleert de kleurtemperatuur die de camera kan tegenkomen. Deze stap simuleert de verschillende verlichtingsomgevingen die de camera kan tegenkomen en biedt een databasis voor latere kalibratie.
2. Toepassing van het witbalansalgoritme: Vervolgens wordt het AWB-algoritme toegepast op de vastgelegde afbeeldingen. Het doel van het algoritme is om witte of neutrale gebieden in de afbeelding te identificeren en de versterking van de RGB-kanaalen aan te passen zodat deze gebieden neutraal worden weergegeven bij verschillende kleurtemperaturen.
3. Compensatie voor lenskenmerken: Aangezien de kenmerken van lensmaterialen, filters en antireflexcoatingen de kleurreproductie kunnen beïnvloeden, moeten deze factoren worden gecompenseerd. Dit komt er meestal op neer dat de parameters in het AWB-algoritme worden aangepast om lensgeïnduceerde kleurafwijkingen te corrigeren.
4. Fijnafstemming en optimalisatie: Tijdens het kalibratieproces kunnen verschillende iteraties nodig zijn om de parameters van de AWB-algoritme nauwkeurig te stellen. Dit omvat aanpassingen aan kleurentemperatuurgrenzen, optimalisatie van de responsnelheid van het algoritme en het waarborgen van kleurconsistentie onder verschillende verlichtingsomstandigheden.
5. Validatie en testen: Ten slotte wordt de effectiviteit van de AWB-kalibratie bevestigd door de camera te testen onder echte verlichtingsomstandigheden. Dit omvat het opnemen van afbeeldingen onder zowel natuurlijke als kunstmatige lichtbronnen en het evalueren van kleurprecisie en algemene beeldkwaliteit.

Welke toepassingen vereisen automatische witbalanskalibratie?

Inwendige fotografie

In binnenfotografie hebben fotografen vaak te maken met gemengde lichtbronnen, zoals natuurlijk licht dat mengt met kunstmatig licht. De rol van AWB hier is om ervoor te zorgen dat de huidtonen van de mensen en de kleuren van de scène op een natuurlijke manier worden gecoördineerd. Door de AWB-algoritme nauwkeurig in te stellen, kan de fotograaf het werk van naverwerking verminderen en direct afbeeldingen verkrijgen met een goede kleurbalans.

Auto Rearview Camera

Rearview-camera's voor auto's opereren op verschillende tijden van de dag en onder verschillende verlichtingsomstandigheden. AWB-calibratie verbetert de scherpte en kleur nauwkeurigheid van afbeeldingen bij achteruit rijden 's nachts of op bewolkte dagen. Door de AWB te optimaliseren, kunnen chauffeurs een duidelijk achteruitscherm krijgen onder verschillende verlichtingsvoorwaarden en veiligheid verbeteren.

Sinoseen helpt bij embedded vision engineering voor lenscalibratie en camera-module aanpassing

Bij Sinoseen kunnen we embedded vision projectingenieurs en technici helpen de juiste lens te selecteren en het passende camera-module te koppelen om hun toepassingsvereisten te voldoen. Daarnaast bieden we ook een verscheidenheid aan aanpassingsdiensten, waaronder maar niet beperkt tot behuizingontwerp, aanboordontwerp, enzovoort. Voor meer informatie over Sinoseens producten en diensten, aarzel niet om ons te contacteren .

Veelgestelde vragen

1: Waarom heb ik AWB-calibratie nodig voor mijn lens?

De kenmerken van een lens zoals materiaal, filters en anti-reflectiecoating beïnvloeden het licht dat erdoorheen gaat en daardoor de kleurreproductie. AWB-calibratie van lenzen wordt uitgevoerd om kleurafwijkingen te compenseren die worden veroorzaakt door deze factoren en om kleur nauwkeurigheid en natuurlijkheid van afbeeldingen te waarborgen.

 
2: Hoe beïnvloedt kleurtemperatuur de afbeeldingskwaliteit?

De kleurtemperatuur bepaalt de kleur van de lichtbron, en verschillende kleurtemperaturen resulteren in verschillende kleuratmosferes. De kleurtemperatuur beïnvloedt de interpretatie en weergave van kleuren door de camera. Bijvoorbeeld, een afbeelding onder een lichtbron met een lage kleurtemperatuur kan warm zijn, terwijl een afbeelding onder een lichtbron met een hoge kleurtemperatuur koel kan zijn. AWB compenseert deze variaties door de kleurtemperatuurstellingen van de camera aan te passen om kleur nauwkeurigheid in de afbeelding te waarborgen.