Каково определение темного угла? Как проводить коррекцию во встраиваемых системах машинного зрения?

Стремительное развитие платформ обработки изображений произвело революцию в этой области, предложив надежные и экономичные встраиваемые решения для машинного зрения на различных рынках. Эти платформы улучшают качество изображения с помощью таких методов, как улучшение, восстановление, кодирование и сжатие, которые включают коррекцию освещения, изменение размера изображений (цифровой зум), обнаружение краев и оценку алгоритмов сегментации. В этих приложениях КМОП-сенсоры стали наиболее часто используемым типом матриц изображения, улавливающими свет и формирующими пиксельную матрицу, которая служит основой для последующей обработки изображений.

Тем не менее, выбор подходящего объектива для интеграции с модулем камеры для оптимальной съемки и обработки изображений — сложный процесс. Он включает в себя определение правильногополе зрения (FOV), выбор между фиксированным фокусом и автофокусом, а также установка рабочего расстояния. Кроме того, оптические явления, такие как винниирование объектива и проблемы с балансом белого, могут мешать выводу изображения, влияя на итоговое качество изображения.

В этой статье мы углубимся в концепцию виньетирования объектива, проанализируем его причины и предложим практические решения, которые помогут пользователям встроенных камер устранить эту проблему с качеством изображения.

Что такое виньетирование объектива?

Виньетирование линз относится к постепенному уменьшению яркости или насыщенности от центра к краям или углам изображения. Также известное как затенение, затухание света или затенение яркости, степень виннитинга обычно измеряется в f-ступенях и зависит от размера диафрагмы объектива и различных конструктивных параметров.

Диафрагма управляет яркостью изображения, изменяя общее количество света, попадающего на сенсор камеры через объектив.

Виньетирование не только влияет на визуальное качество изображения, но и может привести к потере важной визуальной информации в определенных приложениях. Например, при промышленном контроле или медицинской визуализации, где требуется точное постоянство цвета и яркости, виньетирование может привести к неправильным суждениям или неточному анализу. Таким образом, понимание и принятие мер по уменьшению или устранению виньетирования линз имеет важное значение для обеспечения качества изображения и повышения производительности систем машинного зрения.

Как формируется виньетирование, и какие виды оно включает?

Почему виньетка? Возникновение виньетирования объектива можно списать на различные факторы, в первую очередь из-за конструкции самих оптических элементов. Загораживание света внешними инструментами может усугубить это явление, и иногда оно намеренно внедряется во время постобработки.

К различным причинам виньетирования линз относятся:

• Оптическое виньетирование:Этот тип возникает из-за физических ограничений объектива, которые не позволяют внеосевой свет полностью достигать краев матрицы, что особенно очевидно в сложных оптических системах с несколькими линзами.
• Естественное виньетирование:Также известное как cos4θ спад, это естественное снижение яркости из-за угла света по отношению к плоскости изображения, в соответствии с четвертым законом косинуса, где яркость быстро падает по мере увеличения угла с оптической осью.
• Шеф Рэй Энгл (CRA):CRA является важным параметром при выборе объективов и сенсоров, влияющим на яркость и четкость по краям изображения. Чрезмерное CRA может привести к появлению теней по краям изображения, что повлияет на качество изображения.
• Механическое виньетирование:Возникает, когда световой луч механически блокируется креплением объектива, кольцами фильтра или другими объектами, вызывая искусственное снижение яркости по краям изображения. Это обычное явление, когда поле изображения объектива меньше размера сенсора.
• Постобработка:Иногда, чтобы создать художественные эффекты или выделить центральный объект изображения, фотографы намеренно добавляют оптическую виньетку во время постобработки.

Какие существуют методы коррекции виньетирования объектива?

Как уже говорилось, виньетирование линз является нежелательным оптическим явлением. Несмотря на то, что его нельзя полностью избежать, его можно эффективно скорректировать для встроенного зрения с помощью следующих мер:

• Соответствие значений CRA:Обеспечение того, чтобы значение CRA объектива было меньше, чем у микролинзы датчика, имеет решающее значение для устранения проблем с освещением изображения или цветом. Производители должны проверять конструкцию объективов на соответствие расположению сенсоров.
• Настройка процессора обработки сигналов изображения (ISP):ISP играет важную роль в обработке изображений, полученных сенсором. Специальные процедуры, такие как Imatest, могут проверять качество изображения и настраивать определенные регистры в ISP для уменьшения затенения объектива.
• Увеличение числа f-ступени:Увеличивая f-ступенчатое число объектива (т. е. уменьшая диафрагму), можно уменьшить влияние естественного виньетирования или ослабления cos4θ.
• Использование большего фокусного расстояния:В случаях низкого f/# (отношения фокусного расстояния к размеру диафрагмы), объективов с коротким фокусным расстоянием или когда требуется высокое разрешение при низкой стоимости, механическое виньетирование камеры может быть устранено за счет использования большего фокусного расстояния.
• Коррекция плоского поля:Распространенный метод коррекции тяжелых линз включает в себя равномерное освещение плоской поверхности и захват темного поля и светлых опорных кадров, а затем расчет и применение коррекции плоского поля.
• Использование программных средств:Для коррекции затенения линз можно использовать различные программные инструменты, такие как инструменты для сшивания изображений в микроскопии и CamTool.
• Использование телецентрических линз:Линзы, спроектированные с учетом телецентризма в пространстве изображения, могут корректировать спад, поскольку эта телецентричность обеспечивает чрезвычайно равномерное освещение плоскости изображения, устраняя нормальное снижение cos4θ освещенности плоскости изображения от оптической оси к углу поля.

Мы надеемся, что эта статья была полезна для решения проблемы виньетирования объектива. Конечно, если у вас все еще есть вопросы о преодолении виньетирования линз во встроенном зрении или если вы хотите интегрироватьВстраиваемые модули камерв свою продукцию, не стесняйтесь обращаться к нам — Sinoseen, опытныйКитайский производитель модулей камер.