Qual é a definição de um Ângulo Escuro? Como corrigir em aplicações de visão embarcada?

O rápido avanço das plataformas de processamento de imagem revolucionou o campo, oferecendo soluções de visão embarcada confiáveis e economicamente viáveis em diversos mercados. Essas plataformas melhoram a qualidade das imagens através de técnicas como aprimoramento, restauração, codificação e compressão, que incluem correção de iluminação, redimensionamento de imagens (zoom digital), detecção de bordas e avaliação de algoritmos de segmentação. Nesses aplicativos, sensores de imagem CMOS tornaram-se o tipo mais comumente usado de sensor de imagem, capturando luz para formar um array de pixels que serve como base para o processamento subsequente de imagens.

No entanto, selecionar a lente adequada para integrar com o módulo de câmera para captura e processamento ótimo de imagens é um processo desafiador. Isso envolve determinar o corretocampo de visão (FOV), escolher entre foco fixo ou autofocus e definir a distância de trabalho. Além disso, fenômenos ópticos como vignetting da lente e problemas de balanceamento de branco podem interferir na saída da imagem, afetando a qualidade visual final.

Neste artigo, vamos explorar o conceito de vignetting de lente, analisar suas causas e fornecer soluções práticas para ajudar os usuários de câmeras embarcadas a eliminar esse problema de qualidade de imagem.

O que é vignetting de lente?

Vignetting de lente refere-se à diminuição gradual de brilho ou saturação do centro até as bordas ou cantos de uma imagem. Também conhecido como sombreamento, queda de luz ou sombreamento de luminância, a extensão do vignetting é geralmente medida em paradas f e depende do tamanho da abertura da lente e de vários parâmetros de design.

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

A vinhetagem não só afeta a qualidade visual de uma imagem, mas também pode levar à perda de informações visuais cruciais em certas aplicações. Por exemplo, em inspeção industrial ou imagens médicas que exigem consistência precisa de cor e brilho, a vinhetagem pode resultar em julgamentos errados ou análises inacuradas. Portanto, entender e tomar medidas para reduzir ou eliminar a vinhetagem da lente é essencial para garantir a qualidade da imagem e melhorar o desempenho dos sistemas de visão.

Como é formada a vinhetagem, e quais tipos ela inclui?

Por que vinhetagem? A ocorrência da vinhetagem da lente pode ser atribuída a vários fatores, principalmente devido ao próprio design dos elementos ópticos. Obstruir a luz com ferramentas externas pode agravar esse fenômeno, e às vezes é intencionalmente introduzido durante o pós-processamento.

As diferentes causas de vignetting da lente incluem:

• Vignetting óptico:Este tipo ocorre devido às limitações físicas da lente, impedindo que a luz fora do eixo atinja completamente as bordas do sensor de imagem, particularmente evidente em sistemas ópticos complexos com múltiplos elementos de lente.
• Vignetting natural:Também conhecido como queda de cos4θ, é uma diminuição natural na luminosidade devido ao ângulo da luz em relação ao plano da imagem, seguindo a lei do cosseno ao quarto poder, onde a luminosidade cai rapidamente à medida que o ângulo com o eixo óptico aumenta.
• Ângulo Principal (CRA):O CRA é um parâmetro importante ao selecionar lentes e sensores, afetando o brilho e a nitidez nas bordas da imagem. Um CRA excessivo pode causar sombras nas bordas da imagem, impactando a qualidade da imagem.
• Vignetting mecânico:Ocorre quando o feixe de luz é bloqueado mecanicamente pelo suporte da lente, anéis de filtro ou outros objetos, causando uma redução artificial da luminosidade 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, fotógrafos adicionam intencionalmente vignette óptico durante o pós-processamento.

Quais são os métodos para corrigir o vignetting da lente?

Como discutido, o vignetting da lente é um fenômeno óptico indesejável. Embora não possa ser completamente evitado, ele pode ser corrigido eficazmente para visão embarcada com as seguintes medidas:

• Correspondência de valores CRA:Garantir que o valor CRA da lente seja menor que o dos microlentes do sensor é crucial para eliminar problemas de iluminação ou cor na 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 a sombreamento da lente.
• Aumentando o número de f-stop:Ao aumentar o número de f-stop da lente (ou seja, reduzindo a abertura), o impacto do vignetting natural ou queda cos4θ pode ser reduzido.
• Usando uma distância focal maior:Em casos de baixo f/# (razão entre a distância focal e o tamanho da abertura), lentes de distância focal curta ou quando alta resolução é necessária a baixo custo, o vignetting mecânico da câmera pode ser eliminado usando uma distância focal maior.
• Correção de campo plano:Um método comum para correção intensa de vignetting de lente, envolve iluminar uniformemente uma superfície plana e capturar quadros de referência de campo escuro e claro, calculando e aplicando a correção de campo plano.
• Usando ferramentas de software:Várias ferramentas de software, como ferramentas de montagem de imagens de microscopia e CamTool, podem ser usadas para correção de sombreamento da lente.
• Usando lentes telecentricas:Lentes projetadas para serem telecentréricas no espaço de imagem podem corrigir o decay porque essa telecentricidade produz uma iluminação do plano de imagem extremamente uniforme, eliminando a queda normal de cos4θ na iluminação do plano de imagem do eixo óptico até a borda do campo.

Esperamos que este artigo tenha sido útil ao abordar o vignetting das lentes. Claro, se você ainda tiver dúvidas sobre como superar o vignetting das lentes em visão embarcada ou se deseja integrarmódulos de câmera embarcadosaos seus produtos, sinta-se à vontade para nos contatar - Sinoseen, uma empresa experientefabricante de módulos de câmera chinesa.