Qual é a definição de um ângulo escuro? Como corrigir em aplicações de visão incorporada?

O rápido avanço das plataformas de processamento de imagem revolucionou o campo, oferecendo soluções de visão incorporadas confiáveis e econômicas em vários mercados. Essas plataformas aprimoram a qualidade da imagem por meio de técnicas como aprimoramento, restauração, codificação e compactação, que incluem correção de iluminação, redimensionamento de imagens (zoom digital), detecção de bordas e avaliação de algoritmos de segmentação. Nessas aplicações, os sensores de imagem CMOS se tornaram o tipo de sensor de imagem mais comumente usado, capturando luz para formar uma matriz de pixels que serve como base para o processamento de imagem subsequente.

No entanto, selecionar a lente certa para integrar com o módulo da câmera para captura e processamento de imagem ideais é um processo desafiador. Envolve determinar o corretocampo de visão (FOV), escolhendo entre foco fixo ou foco automático e definindo a distância de trabalho. Além disso, fenômenos ópticos como vinnieting da lente e problemas de balanço de branco podem interferir na saída da imagem, afetando a qualidade visual final.

Neste artigo, vamos nos aprofundar no conceito de vinheta de lente, analisar suas causas e fornecer soluções práticas para ajudar os usuários de câmeras incorporadas a eliminar esse problema de qualidade de imagem.

O que é vinheta de lente?

A vinheta da lente refere-se à diminuição gradual do brilho ou saturação do centro para as bordas ou cantos de uma imagem. Também conhecido como sombreamento, queda de luz ou sombreamento de luminância, a extensão do vinnieting é normalmente medida em f-stops e depende do tamanho da abertura da lente e de vários parâmetros de design.

A abertura controla o brilho da imagem alterando a quantidade total de luz que atinge o sensor da câmera através da lente.

A vinheta não afeta apenas a qualidade visual de uma imagem, mas também pode levar à perda de informações visuais cruciais em determinadas aplicações. Por exemplo, em inspeção industrial ou imagens médicas que exigem consistência precisa de cor e brilho, a vinheta pode resultar em erros de julgamento ou análise imprecisa. Portanto, entender e tomar medidas para reduzir ou eliminar a vinheta da lente é essencial para garantir a qualidade da imagem e melhorar o desempenho dos sistemas de visão.

Como a vinheta é formada e quais tipos ela inclui?

Por que vinheta? A ocorrência de vinhetas de lentes pode ser atribuída a vários fatores, principalmente devido ao design dos próprios elementos ópticos. Obstruir a luz com ferramentas externas pode exacerbar esse fenômeno e, às vezes, é introduzido intencionalmente durante o pós-processamento.

As diferentes causas de vinheta da lente incluem:

• Vinheta óptica:Esse tipo ocorre devido às limitações físicas da lente, impedindo que a luz fora do eixo atinja totalmente as bordas do sensor de imagem, particularmente evidente em sistemas ópticos complexos com vários elementos de lente.
• Vinheta natural:Também conhecido como cos4θ fall-off, é uma diminuição natural do brilho devido ao ângulo de luz em relação ao plano da imagem, seguindo a quarta lei do cosseno, onde o brilho cai rapidamente à medida que o ângulo com o eixo óptico aumenta.
• Ângulo de Raio Chefe (CRA):O CRA é um parâmetro importante na seleção de lentes e sensores, afetando o brilho e a clareza nas bordas da imagem. Um CRA excessivo pode causar sombras nas bordas da imagem, afetando a qualidade da imagem.
• Vinhetas mecânicas:Ocorre quando o feixe de luz é bloqueado mecanicamente pelo suporte da lente, anéis de filtro ou outros objetos, causando redução de brilho artificial nas bordas da imagem. Isso é comum quando o círculo de imagem da lente é menor que o tamanho do sensor.
• Pós-processamento:Às vezes, para efeitos artísticos ou para destacar o assunto central de uma imagem, os fotógrafos adicionam intencionalmente vinhetas ópticas durante o pós-processamento.

Quais são os métodos para corrigir a vinheta da lente?

Conforme discutido, a vinheta da lente é um fenômeno óptico indesejável. Embora não possa ser totalmente evitado, pode ser efetivamente corrigido para visão incorporada com as seguintes medidas:

• Valores de CRA correspondentes:Garantir que o valor CRA da lente seja menor do que o da microlente do sensor é crucial para eliminar problemas de iluminação ou cor de imagem. Os fabricantes devem verificar os designs das lentes para corresponder aos layouts dos sensores.
• Ajustando o processador de sinal de imagem (ISP):O ISP desempenha um papel significativo no processamento de imagens capturadas pelo sensor. Procedimentos específicos, como o Imatest, podem testar a qualidade da imagem e ajustar registros específicos no ISP para mitigar o sombreamento da lente.
• Aumentando o número f-stop:Ao aumentar o número f-stop da lente (ou seja, reduzir a abertura), o impacto da vinheta natural ou da queda cos4θ pode ser reduzido.
• Usando uma distância focal maior:Em casos de baixa f/# (relação entre a distância focal e o tamanho da abertura), lentes de distância focal curta ou quando é necessária alta resolução a baixo custo, a vinheta mecânica da câmera pode ser eliminada usando uma distância focal maior.
• Correção de campo plano:Um método comum para correção de lentes pesadas, envolve iluminar uniformemente uma superfície plana e capturar quadros de referência de campo escuro e luz e, em seguida, calcular e aplicar a correção de campo plano.
• Usando ferramentas de software:Várias ferramentas de software, como ferramentas de costura de imagem de microscopia e CamTool, podem ser usadas para correção de sombreamento de lentes.
• Usando lentes telecêntricas:As lentes projetadas para serem telecêntricas no espaço da imagem podem corrigir o roll-off porque essa telecentricidade produz uma iluminação do plano da imagem extremamente uniforme, eliminando a queda normal do cos4θ na iluminação do plano da imagem do eixo óptico para o canto do campo.

Esperamos que este artigo tenha sido útil para abordar a vinheta da lente. Claro, se você ainda tiver dúvidas sobre como superar a vinheta da lente na visão incorporada ou se deseja integrarmódulos de câmera incorporadosem seus produtos, sinta-se à vontade para entrar em contato conosco - Sinoseen, um experienteFabricante chinês de módulos de câmera.