นิยามของมุมมื้อคืออะไร? วิธีแก้ไขในแอปพลิเคชันวิชั่นที่ฝังอยู่คืออะไร？

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของแพลตฟอร์มประมวลผลภาพได้ปฏิวัติวงการ โดยมอบโซลูชันวิชั่นแบบฝังตัวที่น่าเชื่อถือและคุ้มค่าในหลากหลายตลาด แพลตฟอร์มเหล่านี้เพิ่มคุณภาพของภาพผ่านเทคนิคต่างๆ เช่น การปรับปรุงภาพ, การฟื้นฟูภาพ, การเข้ารหัส และการบีบอัด ซึ่งรวมถึงการแก้ไขแสงสว่าง, การปรับขนาดภาพ (ดิจิทัลซูม), การตรวจจับขอบ และการประเมินอัลกอริธึมการแบ่งส่วน ในแอปพลิเคชันเหล่านี้ เซนเซอร์ภาพ CMOS ได้กลายเป็นประเภทเซนเซอร์ภาพที่ใช้งานมากที่สุด โดยจับแสงเพื่อสร้างอาร์เรย์พิกเซลซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการประมวลผลภาพในขั้นตอนถัดไป

อย่างไรก็ตาม การเลือกลำโพงที่เหมาะสมเพื่อผสานเข้ากับโมดูลกล้องสำหรับการจับภาพและการประมวลผลที่ดีที่สุดเป็นกระบวนการที่ท้าทาย มันเกี่ยวข้องกับการกำหนดมุมมองสนาม (FOV), การเลือกระหว่างโฟกัสคงที่หรือออโต้โฟกัส และการตั้งระยะการทำงาน นอกจากนี้ เฟ้นоменаทางแสง เช่น ลักษณะการลดแสงของเลนส์และปัญหาการปรับสมดุลแสงขาวสามารถรบกวนผลลัพธ์ของภาพ ส่งผลกระทบต่อคุณภาพภาพในที่สุด

ในบทความนี้ เราจะเจาะลึกถึงแนวคิดเรื่องการลดแสงของเลนส์ วิเคราะห์สาเหตุ และให้แนวทางปฏิบัติเพื่อช่วยแก้ไขปัญหานี้สำหรับผู้ใช้งานกล้องฝังตัว

การลดแสงของเลนส์คืออะไร?

การลดแสงของเลนส์หมายถึงการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของความสว่างหรือความอิ่มตัวของสีจากศูนย์กลางไปยังขอบหรือมุมของภาพ ซึ่งบางครั้งเรียกว่าการแรเงา การลดลงของแสง หรือการแรเงาของความสว่าง ระดับของการลดแสงนี้มักวัดเป็น f-stops และขึ้นอยู่กับขนาดรูรับแสงของเลนส์และพารามิเตอร์การออกแบบต่างๆ

รูรับแสงควบคุมความสว่างของภาพโดยการเปลี่ยนปริมาณแสงทั้งหมดที่เข้าถึงเซนเซอร์กล้องผ่านเลนส์

การเกิดเงามุมไม่เพียงแต่ส่งผลต่อคุณภาพภาพทางสายตาเท่านั้น แต่ยังอาจนำไปสู่การสูญเสียข้อมูลสำคัญในบางแอปพลิเคชัน เช่น ในงานตรวจสอบอุตสาหกรรมหรือการถ่ายภาพทางการแพทย์ที่ต้องการความสม่ำเสมอของสีและความสว่างอย่างแม่นยำ เงามุมอาจทำให้เกิดการตัดสินผิดพลาดหรือการวิเคราะห์ที่ไม่ถูกต้องได้ ดังนั้น การเข้าใจและดำเนินมาตรการลดหรือกำจัดเงามุมของเลนส์จึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรับประกันคุณภาพของภาพและการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบวิชั่น

เงามุมเกิดขึ้นอย่างไร และมีกี่ประเภท?

ทำไมถึงเกิดเงามุม? การเกิดเงามุมของเลนส์สามารถอธิบายได้จากหลายปัจจัย โดยหลักแล้วมาจากการออกแบบขององค์ประกอบออปติคอลเอง การบล็อกแสงด้วยเครื่องมือภายนอกสามารถทำให้ปรากฏการณ์นี้แย่ลง และบางครั้งอาจถูกนำมาใช้อย่างตั้งใจในระหว่างการประมวลผลหลังการถ่ายภาพ

สาเหตุต่างๆ ของเลนส์วิเน็ทติ้งประกอบด้วย:

• วิเน็ทติ้งแบบออปติคอล:ประเภทนี้เกิดขึ้นเนื่องจากข้อจำกัดทางกายภาพของเลนส์ ซึ่งไม่สามารถให้แสงนอกแกนเข้าถึงขอบของเซนเซอร์ภาพได้อย่างเต็มที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบออปติคอลที่ซับซ้อนซึ่งมีองค์ประกอบของเลนส์หลายชิ้น
• วิเน็ทติ้งแบบธรรมชาติ:หรือที่รู้จักกัน作为 cos4θ fall-off เป็นการลดลงของความสว่างตามธรรมชาติเนื่องจากมุมของแสงเทียบกับระนาบภาพ โดยปฏิบัติตามกฎโคไซน์กำลังสี่ ซึ่งความสว่างจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อมุมกับแกนออปติคอลเพิ่มขึ้น
• มุมรังสีหลัก (CRA):CRA เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญเมื่อเลือกเลนส์และเซนเซอร์ ส่งผลต่อความสว่างและความชัดเจนที่ขอบของภาพ มุม CRA ที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดเงาที่ขอบของภาพ ส่งผลกระทบต่อคุณภาพของภาพ
• วิเน็ทติ้งแบบกลไก:เกิดขึ้นเมื่อแสงถูกบล็อกทางกลไกโดยตัวยึดเลนส์ แหวนฟิลเตอร์ หรือวัตถุอื่น ๆ ส่งผลให้เกิดการลดความสว่างที่ขอบของภาพ การเกิดปรากฏการณ์นี้พบได้บ่อยเมื่อวงกลมของภาพจากเลนส์มีขนาดเล็กกว่าขนาดเซนเซอร์
• การประมวลผลหลังการหล่อ:บางครั้ง เพื่อสร้างเอฟเฟกต์ศิลปะหรือเน้นวัตถุตรงกลางของภาพ ช่างภาพจะเพิ่มการลดแสงแบบออปติคอลในระหว่างการปรับแต่งภาพหลังการถ่าย

มีวิธีใดบ้างในการแก้ไขปัญหาการลดแสงของเลนส์?

ตามที่กล่าวมา การลดแสงของเลนส์เป็นปรากฏการณ์ออปติคอลที่ไม่พึงประสงค์ แม้ว่าจะไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ทั้งหมด แต่สามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับระบบวิชั่นแบบฝังด้วยมาตรการต่อไปนี้:

• การจับคู่ค่า CRA:การตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่า CRA ของเลนส์น้อยกว่าค่าของไมโครเลนส์บนเซนเซอร์เป็นสิ่งสำคัญในการกำจัดปัญหาเรื่องความสว่างและการแสดงผลสีของภาพ ผู้ผลิตจำเป็นต้องตรวจสอบการออกแบบเลนส์ให้เข้ากับโครงสร้างของเซนเซอร์
• การปรับ Image Signal Processor (ISP):ผู้ให้บริการ ISP มีบทบาทสำคัญในกระบวนการจัดการภาพที่ถ่ายจากเซนเซอร์ ขั้นตอนเฉพาะ เช่น Imatest สามารถทดสอบคุณภาพของภาพและปรับรีจิสเตอร์เฉพาะใน ISP เพื่อแก้ไขปัญหาการตกเงาของเลนส์
• การเพิ่มค่า f-stop:โดยการเพิ่มค่า f-stop ของเลนส์ (เช่น การลดขนาดรูรับแสง) ผลกระทบของการตกเงาตามธรรมชาติหรือ cos4θ fall-off สามารถลดลงได้
• การใช้ระยะโฟกัสที่ยาวขึ้น:ในกรณีที่มี f/# ต่ำ (อัตราส่วนระหว่างระยะโฟกัสกับขนาดรูรับแสง) เลนส์ที่มีระยะโฟกัสสั้น หรือเมื่อต้องการความละเอียดสูงในราคาประหยัด การตกเงาของกล้องแบบกลไกสามารถกำจัดได้โดยใช้ระยะโฟกัสที่ยาวขึ้น
• การแก้ไขแบบ Flat-field:เป็นวิธีที่พบบ่อยสำหรับการแก้ไขการตกเงาของเลนส์อย่างหนัก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการส่องสว่างพื้นผิวเรียบอย่างสม่ำเสมอและจับภาพเฟรมอ้างอิงแบบ dark field และ light reference จากนั้นคำนวณและนำไปใช้การแก้ไขแบบ flat-field
• การใช้เครื่องมือซอฟต์แวร์:มีเครื่องมือซอฟต์แวร์หลายชนิด เช่น เครื่องมือต่อภาพสำหรับกล้องจุลทรรศน์และ CamTool ที่สามารถใช้สำหรับการแก้ไขการตกเงาของเลนส์
• การใช้เลนส์เทเลเซนทริก:เลนส์ที่ออกแบบมาให้เป็นเทเลเซนทริกในพื้นที่ภาพสามารถแก้ไขปัญหาการลดลงของความเข้มได้ เพราะคุณสมบัติเทเลเซนทริกนี้สร้างการกระจายแสงบนระนาบภาพอย่างสม่ำเสมออย่างยิ่ง กำจัดการลดลงตามหลัก cos4θ ของการกระจายแสงบนระนาบภาพจากแกนแสงไปจนถึงมุมของสนามภาพ

เราหวังว่าบทความนี้จะช่วยให้ข้อมูลเกี่ยวกับการแก้ไขปัญหาการเวนเน็ตของเลนส์ได้เป็นอย่างดี แน่นอนว่า หากคุณยังมีคำถามเกี่ยวกับการแก้ไขปัญหาการเวนเน็ตของเลนส์ในระบบวิชั่นฝังตัว หรือหากคุณต้องการผสานรวมมอดูลกล้องฝังตัวเข้ากับผลิตภัณฑ์ของคุณ โปรดติดต่อเรา—Sinoseen ผู้มีประสบการณ์ผู้ผลิตโมดูลกล้องชาวจีน.