O que é calibração de balanceamento de branco? Quais são os fatores influentes?

Seja indoor ou outdoor, ao nascer ou pôr do sol, diferentes condições de iluminação têm efeitos variados na precisão das cores das imagens. O Balanço Automático de Branco (AWB), uma função-chave no Processador de Sinal de Imagem (ISP), tem a tarefa principal de restaurar as cores reais de uma cena sob condições de iluminação variáveis. Configurar o AWB corretamente é importante para a qualidade da saída de um módulo de câmera embarcado, o que afeta vários aspectos como resolução do sensor, tamanho do pixel, condições de iluminação e seleção da lente. Ao contrário do olho humano, que se adapta automaticamente a diferentes temperaturas de cor para equilibrar várias cores, as lentes de câmera precisam simular esse processo por meio do 'balanço de branco' para garantir que a imagem de saída seja tão natural quanto possível.

 
Em aplicações de visão embarcada, a capacidade de reprodução de cores das lentes nem sempre é a mesma e é necessária uma calibração adequada de balanceamento automático de branco. Neste artigo, vamos explorar os conceitos-chave da calibração de balanceamento automático de branco, analisar a relação entre lentes e balanceamento automático de branco e explicar o impacto da temperatura de cor na saída de imagem.

 
O que é Calibração de Balanceamento Automático de Branco?

O Balanço de Branco Automático (AWB) é um recurso essencial em câmeras digitais. Sua tarefa principal é ajustar automaticamente o balanço de cores de uma imagem sob diferentes condições de iluminação para garantir que brancos e outras cores neutras mantenham suas cores reais na imagem, compensando variações na temperatura de cor da fonte de luz. O AWB permite que a câmera capture cores mais próximas do que o olho humano vê, mantendo cores naturais e consistentes, mesmo sob fontes de luz mistas ou condições de iluminação extremas.

 
Como funciona a função AWB?

A função AWB funciona identificando e ajustando áreas de cores brancas ou neutras em uma imagem. Quando omódulo de câmaradetecta essas áreas e ajusta a intensidade dos canais RGB (vermelho, verde e azul) para garantir que essas áreas exibam cores neutras na imagem. Esse processo envolve algoritmos complexos que analisam os dados da imagem e calculam automaticamente os parâmetros desejados de correção de cor. Em alguns sistemas avançados de câmera, os algoritmos de WB (balanceamento de branco automático) são capazes até de reconhecer e se adaptar a múltiplas fontes de luz, incluindo luz do dia, lâmpadas fluorescentes, lâmpadas incandescentes, etc., para obter uma reprodução de cor mais precisa.

Quais são outros fatores relevantes que afetam a implementação do WB?

Para implementar o AWB, a câmera precisa entender como as cores mudam em diferentes temperaturas de cor. O conceito de temperatura de cor é derivado da cor da luz emitida por radiadores de corpo negro em diferentes temperaturas, geralmente medido em Kelvin, com diferentes valores de temperatura de cor correspondendo a diferentes fontes de luz e atmosferas de cor. Por exemplo, a temperatura de cor da luz do dia é de aproximadamente 5500 K, enquanto a temperatura de cor das lâmpadas incandescentes é de cerca de 2800 K. O objetivo do AWB é fazer com que objetos brancos capturados pela câmera apareçam como branco verdadeiro na imagem em diferentes temperaturas de cor.

 
Além disso, a implementação do AWB depende dos algoritmos do processador de sinais de imagem e é influenciada pelas características da lente. Portanto, para alcançar os melhores resultados do AWB, é extremamente importante ter uma calibração sinérgica entre a lente e o sensor da câmera. Isso inclui uma combinação de fatores, como o material da lente, filtros, Ângulo Principal da Reta (CRA) e revestimento anti-reflexo da lente.

 
Como a lente afeta o AWB?

A lente não é apenas um componente óptico para formação de imagens, mas também um fator-chave na precisão das cores. O material, design e revestimento da lente terão impacto na luz que passa por ela, o que por sua vez afeta a cor da luz recebida pelo sensor da câmera e,最终, afeta o efeito de correção do algoritmo AWB.

• Material da lente:o material da lente pode ser plástico ou vidro, materiais diferentes têm propriedades diferentes de refração e dispersão da luz, o que alterará a distribuição do comprimento de onda da luz, assim afetando a reprodução da cor. Por exemplo, lentes de plástico podem ser mais propensas a causar aberrações cromáticas do que lentes de vidro, o que exige que algoritmos de ABW compensem.
• Filtros de Espectro de Cor:Os filtros usados na lente determinam quais comprimentos de onda da luz podem passar pela lente até o sensor. A qualidade desses filtros afeta diretamente o balanço de cores, especialmente no ajuste de balanceamento automático de branco.
• Ângulo dos Raios Principais (ARP):ARP descreve o ângulo pelo qual a lente recebe a luz, para lentes grande-angulares, o ARP é particularmente importante, pois afeta a distribuição da luz nas bordas da imagem e a uniformidade da cor. Algoritmos de ABW precisam levar em conta o ARP para garantir que a correção de cor seja consistente em todo o alcance das imagens.
• Revestimentos Anti-Rreflexo:Revestimentos anti-reflexo nas lentes são usados para minimizar reflexos internos nas lentes, melhorar a transmissão de luz e reduzir flares e fantasmas. A qualidade desses revestimentos afeta diretamente a quantidade e a qualidade da luz recebida pelo sensor, e assim o desempenho do BLC.

Para alcançar resultados ótimos de BLC, a lente precisa ser calibrada com precisão com o sensor da câmera e o ISP.

 
Como realizar a calibração do balanço de branco em um sistema de visão embarcado?

A calibração do Balanço Automático de Branco (BLC) envolve ajustes finos no Processador de Sinal de Imagem (ISP) da câmera e nas lentes que trabalham com ele para compensar variações na temperatura de cor de diferentes fontes de luz e os efeitos das características das lentes nas cores. A seguir estão as etapas detalhadas do processo de calibração do BLC.

1. Seleção da Temperatura de Cor e Captura de Imagem:O primeiro passo é capturar uma imagem de teste em uma série de temperaturas de cor predeterminadas, que geralmente incluem luz do dia, fluorescente, incandescente, etc. Esta etapa simula a temperatura de cor que a câmera pode encontrar. Esta etapa simula os diversos ambientes de iluminação que a câmera pode encontrar e fornece uma base de dados para calibração subsequente.
2. Aplicação do algoritmo de balanceamento de branco:em seguida, o algoritmo AWB é aplicado às imagens capturadas. O objetivo do algoritmo é identificar áreas brancas ou neutras na imagem e ajustar o ganho dos canais RGB para que essas áreas sejam reproduzidas de forma neutra em diferentes temperaturas de cor.
3. Compensação por características da lente:Como as características dos materiais das lentes, filtros e revestimentos antirreflexo podem afetar a reprodução de cores, esses fatores precisam ser compensados. Isso geralmente envolve ajustar os parâmetros no algoritmo AWB para corrigir desvios de cor causados pela lente.
4. Ajustes finos e otimização:Durante o processo de calibração, várias iterações podem ser necessárias para ajustar finamente os parâmetros do algoritmo AWB. Isso inclui ajustar os limites da temperatura de cor, otimizar a velocidade de resposta do algoritmo e garantir consistência de cor em diferentes condições de iluminação.
5. Validação e teste:Por fim, a eficácia da calibração do AWB é verificada testando a câmera em condições reais de iluminação. Isso inclui capturar imagens sob fontes de luz naturais e artificiais e avaliar a precisão das cores e a qualidade geral da imagem.

Quais aplicações exigem calibração de balanceamento automático de branco?

Fotografia indoor

Na fotografia indoor, os fotógrafos muitas vezes precisam trabalhar com fontes de luz mistas, como luz natural misturada com luz artificial. O papel do AWB aqui é garantir que as tonalidades de pele das pessoas e as cores da cena sejam naturalmente coordenadas. Ao calibrar com precisão o algoritmo AWB, o fotógrafo pode reduzir o trabalho de pós-edição e obter diretamente imagens com bom equilíbrio de cor.

Câmera de Ré para Carros

As câmeras de ré para carros operam em diferentes horários do dia e sob diferentes condições de iluminação. A calibração do AWB melhora a clareza e a precisão das cores das imagens ao dar ré à noite ou em dias nublados. Ao otimizar o AWB, os motoristas podem obter uma visão traseira clara em várias condições de iluminação e aumentar a segurança.

A Sinoseen ajuda na engenharia de visão embarcada para calibração de lentes e customização de módulos de câmera.

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Perguntas Frequentes

1: Por que preciso de calibração AWB para minha lente?

As características de uma lente, como material, filtros e revestimentos antirreflexo, afetam a luz que passa por ela e, portanto, a reprodução de cores. A calibração AWB das lentes é feita para compensar as distorções de cor causadas por esses fatores e garantir a precisão e naturalidade das imagens.

 
2: Como a temperatura de cor afeta a qualidade da imagem?

A temperatura de cor determina a cor da fonte de luz, e diferentes temperaturas de cor resultam em diferentes atmosferas de cor. A temperatura de cor afeta a interpretação e reprodução de cores pela câmera. Por exemplo, uma imagem sob uma fonte de luz de baixa temperatura de cor pode ser quente, enquanto uma imagem sob uma fonte de luz de alta temperatura de cor pode ser fria. O AWB compensa essas variações ajustando as configurações de temperatura de cor da câmera para garantir a precisão das cores na imagem.