คําจํากัดความของมุมมืดคืออะไร? จะแก้ไขได้อย่างไรในแอปพลิเคชันการมองเห็นแบบฝังตัว

ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของแพลตฟอร์มการประมวลผลภาพได้ปฏิวัติวงการ โดยนําเสนอโซลูชันการมองเห็นแบบฝังตัวที่เชื่อถือได้และคุ้มค่าในตลาดต่างๆ แพลตฟอร์มเหล่านี้ปรับปรุงคุณภาพของภาพผ่านเทคนิคต่างๆ เช่น การปรับปรุง การฟื้นฟู การเข้ารหัส และการบีบอัด ซึ่งรวมถึงการแก้ไขการส่องสว่าง การปรับขนาดภาพ (ซูมดิจิตอล) การตรวจจับขอบ และการประเมินอัลกอริธึมการแบ่งส่วน ในการใช้งานเหล่านี้ เซนเซอร์ภาพ CMOS ได้กลายเป็นเซนเซอร์ภาพประเภทที่ใช้กันมากที่สุด โดยจับแสงเพื่อสร้างอาร์เรย์พิกเซลที่ทําหน้าที่เป็นรากฐานสําหรับการประมวลผลภาพในภายหลัง

อย่างไรก็ตาม การเลือกเลนส์ที่เหมาะสมเพื่อรวมเข้ากับโมดูลกล้องเพื่อการจับภาพและการประมวลผลภาพที่เหมาะสมที่สุดเป็นกระบวนการที่ท้าทาย มันเกี่ยวข้องกับการกําหนดความถูกต้องที่ดินของ view (FOV)เลือกระหว่างโฟกัสคงที่หรือโฟกัสอัตโนมัติ และการตั้งค่าระยะการทํางาน นอกจากนี้ ปรากฏการณ์ทางแสง เช่น การใส่เลนส์และปัญหาสมดุลแสงขาวอาจรบกวนการส่งออกภาพ ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของภาพขั้นสุดท้าย

ในบทความนี้ เราจะเจาะลึกแนวคิดของขอบมืดของเลนส์ วิเคราะห์สาเหตุ และนําเสนอวิธีแก้ปัญหาที่ใช้งานได้จริงเพื่อช่วยให้ผู้ใช้กล้องฝังตัวขจัดปัญหาคุณภาพของภาพนี้

ขอบมืดเลนส์คืออะไร?

ขอบมืดของเลนส์หมายถึงการลดความสว่างหรือความอิ่มตัวของสีจากกึ่งกลางไปยังขอบหรือมุมของภาพอย่างค่อยเป็นค่อยไป หรือที่เรียกว่าการแรเงา การตกของแสง หรือการแรเงาความสว่าง โดยทั่วไปแล้วขอบเขตของ vinnieting จะวัดเป็น f-stop และขึ้นอยู่กับขนาดรูรับแสงของเลนส์และพารามิเตอร์การออกแบบต่างๆ

รูรับแสงควบคุมความสว่างของภาพโดยเปลี่ยนปริมาณแสงทั้งหมดที่ไปถึงเซ็นเซอร์กล้องผ่านเลนส์

ขอบมืดไม่เพียงแต่ส่งผลต่อคุณภาพของภาพเท่านั้น แต่ยังสามารถนําไปสู่การสูญเสียข้อมูลภาพที่สําคัญในบางแอปพลิเคชันได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น ในการตรวจสอบทางอุตสาหกรรมหรือการถ่ายภาพทางการแพทย์ที่ต้องการความสม่ําเสมอของสีและความสว่างที่แม่นยํา ดังนั้น การทําความเข้าใจและการใช้มาตรการเพื่อลดหรือกําจัดขอบมืดของเลนส์จึงเป็นสิ่งสําคัญสําหรับการรับรองคุณภาพของภาพและเพิ่มประสิทธิภาพของระบบการมองเห็น

ขอบมืดเกิดขึ้นได้อย่างไรและรวมประเภทใดบ้าง?

ทําไมต้องวิกเน็ตต์? การเกิดขอบมืดของเลนส์อาจเกิดจากปัจจัยต่างๆ เนื่องจากการออกแบบองค์ประกอบออปติคัลเอง การกีดขวางแสงด้วยเครื่องมือภายนอกอาจทําให้ปรากฏการณ์นี้รุนแรงขึ้นและบางครั้งก็มีการแนะนําโดยเจตนาในระหว่างการประมวลผลภายหลัง

สาเหตุต่างๆ ของขอบมืดเลนส์ ได้แก่:

• ขอบมืดออปติคัล:ประเภทนี้เกิดขึ้นเนื่องจากข้อจํากัดทางกายภาพของเลนส์ ซึ่งป้องกันไม่ให้แสงนอกแกนไปถึงขอบของเซนเซอร์ภาพจนสุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบออปติคอลที่ซับซ้อนที่มีชิ้นเลนส์หลายชิ้น
• ขอบมืดธรรมชาติ:หรือที่เรียกว่าการตกหล่นของ cos4θ เป็นการลดความสว่างตามธรรมชาติเนื่องจากมุมของแสงที่สัมพันธ์กับระนาบภาพ ตามกฎข้อที่สี่ของโคไซน์ ซึ่งความสว่างจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อมุมกับแกนออปติคัลเพิ่มขึ้น
• หัวหน้าเรย์แองมุม (CRA):CRA เป็นพารามิเตอร์ที่สําคัญในการเลือกเลนส์และเซ็นเซอร์ ซึ่งส่งผลต่อความสว่างและความคมชัดที่ขอบภาพ CRA ที่มากเกินไปอาจทําให้เกิดเงาที่ขอบภาพ ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของภาพ
• ขอบมืดเชิงกล:เกิดขึ้นเมื่อลําแสงถูกปิดกั้นด้วยกลไกโดยเมาท์เลนส์ วงแหวนฟิลเตอร์ หรือวัตถุอื่นๆ ทําให้ความสว่างเทียมลดลงที่ขอบภาพ ซึ่งเป็นเรื่องปกติเมื่อวงกลมภาพของเลนส์มีขนาดเล็กกว่าขนาดเซ็นเซอร์
• หลังการประมวลผล:บางครั้ง เพื่อเอฟเฟกต์ศิลปะหรือเพื่อเน้นวัตถุหลักของภาพ ช่างภาพจงใจเพิ่มขอบมืดออปติคอลในระหว่างการประมวลผลภายหลัง

วิธีแก้ไขขอบมืดของเลนส์มีอะไรบ้าง?

ดังที่ได้กล่าวไว้แล้วขอบมืดของเลนส์เป็นปรากฏการณ์ทางแสงที่ไม่พึงปรารถนา แม้ว่าจะไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ทั้งหมด แต่ก็สามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพสําหรับการมองเห็นแบบฝังด้วยมาตรการต่อไปนี้:

• การจับคู่ค่า CRA:การตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่า CRA ของเลนส์น้อยกว่าไมโครเลนส์ของเซ็นเซอร์เป็นสิ่งสําคัญในการขจัดปัญหาการส่องสว่างหรือสีของภาพ ผู้ผลิตต้องตรวจสอบการออกแบบเลนส์ให้ตรงกับเค้าโครงเซ็นเซอร์
• การปรับตัวประมวลผลสัญญาณภาพ (ISP):ISP มีบทบาทสําคัญในการประมวลผลภาพที่ถ่ายโดยเซ็นเซอร์ ขั้นตอนเฉพาะ เช่น Imatest สามารถทดสอบคุณภาพของภาพและปรับการลงทะเบียนเฉพาะใน ISP เพื่อลดการแรเงาของเลนส์
• การเพิ่มหมายเลข f-stop:การเพิ่มค่า f-stop ของเลนส์ (เช่น การลดรูรับแสง) จะสามารถลดผลกระทบของขอบมืดตามธรรมชาติหรือการตกของ cos4θ ได้
• การใช้ทางยาวโฟกัสที่ยาวขึ้น:ในกรณีของ f/# ต่ํา (อัตราส่วนทางยาวโฟกัสต่อขนาดรูรับแสง) เลนส์ทางยาวโฟกัสสั้น หรือเมื่อต้องการความละเอียดสูงด้วยต้นทุนต่ํา สามารถกําจัดขอบมืดของกล้องแบบกลไกได้โดยใช้ทางยาวโฟกัสที่ยาวขึ้น
• การแก้ไขสนามเรียบ:วิธีการทั่วไปสําหรับการแก้ไข vinettintg เลนส์หนัก เกี่ยวข้องกับการส่องสว่างบนพื้นผิวเรียบอย่างสม่ําเสมอและจับกรอบอ้างอิงสนามมืดและแสง จากนั้นคํานวณและใช้การแก้ไขสนามเรียบ
• การใช้เครื่องมือซอฟต์แวร์:เครื่องมือซอฟต์แวร์ต่างๆ เช่น เครื่องมือเย็บภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์และ CamTool สามารถใช้สําหรับการแก้ไขแรเงาเลนส์ได้
• การใช้เลนส์เทเลเซนทริก:เลนส์ที่ออกแบบมาให้เป็นเทเลเซนทริกในพื้นที่ภาพสามารถแก้ไขการโรลออฟได้ เนื่องจากเทเลเซนทริซิตี้นี้สร้างการส่องสว่างระนาบภาพที่สม่ําเสมออย่างยิ่ง ซึ่งช่วยขจัดการลดลงตามปกติของ cos4θ ในการส่องสว่างระนาบภาพจากแกนออปติคัลไปยังมุมของสนาม

เราหวังว่าบทความนี้จะเป็นประโยชน์ในการจัดการกับขอบมืดของเลนส์ แน่นอนหากคุณยังมีคําถามเกี่ยวกับการเอาชนะขอบมืดของเลนส์ในการมองเห็นแบบฝังตัว หรือหากคุณต้องการรวมเข้าด้วยกันโมดูลกล้องฝังตัวในผลิตภัณฑ์ของคุณอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา—Sinoseen ที่มีประสบการณ์ผู้ผลิตโมดูลกล้องจีน.