Cân bằng trắng hiệu chuẩn là gì? Những yếu tố nào ảnh hưởng đến nó?

Dù ở trong nhà hay ngoài trời, vào lúc bình minh hay hoàng hôn, các điều kiện ánh sáng khác nhau đều có tác động khác nhau đến độ chính xác màu sắc của hình ảnh. Cân bằng Trắng Tự động (AWB), một chức năng quan trọng trong bộ xử lý tín hiệu hình ảnh (ISP), có nhiệm vụ chính là khôi phục lại màu sắc thực của cảnh vật dưới các điều kiện ánh sáng thay đổi. Thiết lập AWB đúng cách rất quan trọng đối với chất lượng đầu ra của mô-đun camera nhúng, điều này ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh như độ phân giải cảm biến, kích thước pixel, điều kiện ánh sáng và lựa chọn ống kính. Khác với mắt người, vốn tự động thích nghi với các nhiệt độ màu khác nhau để cân bằng các màu sắc, ống kính máy ảnh cần phải mô phỏng quá trình này thông qua 'cân bằng trắng' để đảm bảo hình ảnh đầu ra tự nhiên nhất có thể.

 
Trong các ứng dụng tầm nhìn nhúng, khả năng tái tạo màu sắc của ống kính không phải lúc nào cũng giống nhau và cần phải hiệu chuẩn cân bằng trắng tự động đúng cách. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đi sâu vào các khái niệm chính về hiệu chuẩn cân bằng trắng tự động, phân tích mối quan hệ giữa ống kính và cân bằng trắng tự động, và giải thích tác động của nhiệt độ màu đến đầu ra hình ảnh.

 
Cân bằng Trắng Tự Động Là Gì?

Chế độ Cân bằng Trắng Tự động (AWB) là tính năng không thể thiếu trong máy ảnh kỹ thuật số. Nhiệm vụ chính của nó là tự động điều chỉnh cân bằng màu sắc của hình ảnh dưới các điều kiện ánh sáng khác nhau để đảm bảo rằng màu trắng và các màu trung tính khác giữ được màu thật trong hình ảnh. Bằng cách bù đắp cho sự thay đổi nhiệt độ màu của nguồn sáng, AWB cho phép máy ảnh ghi lại màu sắc gần với những gì mắt người nhìn thấy, và duy trì màu sắc tự nhiên và nhất quán, ngay cả dưới ánh sáng hỗn hợp hoặc điều kiện ánh sáng khắc nghiệt.

 
Chức năng AWB hoạt động như thế nào?

Chức năng AWB hoạt động dựa trên việc nhận diện và điều chỉnh các khu vực màu trắng hoặc màu trung tính trong một hình ảnh. Khi Camera Module phát hiện những khu vực này, nó điều chỉnh cường độ của các kênh RGB (đỏ, lục và xanh dương) để đảm bảo rằng những khu vực này hiển thị màu trung tính trong hình ảnh. Quá trình này bao gồm các thuật toán phức tạp phân tích dữ liệu hình ảnh và tự động tính toán các thông số hiệu chỉnh màu mong muốn. Ở một số hệ thống máy ảnh tiên tiến, các thuật toán AWB thậm chí có khả năng nhận diện và thích ứng với nhiều nguồn sáng khác nhau, bao gồm ánh sáng ban ngày, đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt, v.v., để đạt được tái tạo màu chính xác hơn.

Những yếu tố nào khác ảnh hưởng đến việc thực hiện AWB?

Để thực hiện AWB, máy ảnh cần phải hiểu cách màu sắc thay đổi ở các nhiệt độ màu khác nhau. Khái niệm về nhiệt độ màu được lấy từ màu ánh sáng phát ra bởi các vật đen khi bức xạ ở các nhiệt độ khác nhau, thường được đo bằng Kelvin, với các giá trị nhiệt độ màu khác nhau tương ứng với các nguồn sáng và không khí màu sắc khác nhau. Ví dụ, nhiệt độ màu của ánh sáng ban ngày khoảng 5500 K, trong khi nhiệt độ màu của bóng đèn sợi đốt khoảng 2800 K. Mục đích của AWB là làm cho các vật thể màu trắng được chụp bởi máy ảnh xuất hiện đúng màu trắng trong hình ảnh ở các nhiệt độ màu khác nhau này.

 
Ngoài ra, việc thực hiện AWB phụ thuộc vào các thuật toán của bộ xử lý tín hiệu hình ảnh và bị ảnh hưởng bởi đặc điểm của ống kính. Do đó, để đạt được kết quả AWB tốt nhất, việc hiệu chuẩn đồng bộ giữa ống kính và cảm biến máy ảnh cũng cực kỳ quan trọng. Điều này bao gồm sự kết hợp của nhiều yếu tố như vật liệu ống kính, bộ lọc, Góc Tia Chính (CRA) và lớp phủ chống phản xạ của ống kính.

 
Ống kính ảnh hưởng đến AWB như thế nào?

Ống kính không chỉ là một thành phần quang học dùng để tạo hình, mà còn là yếu tố then chốt trong độ chính xác màu sắc. Vật liệu, thiết kế và lớp phủ của ống kính sẽ ảnh hưởng đến ánh sáng đi qua nó, điều này lại ảnh hưởng đến màu sắc của ánh sáng mà cảm biến máy ảnh nhận được, và cuối cùng ảnh hưởng đến hiệu quả chỉnh sửa của thuật toán AWB.

• Vật liệu ống kính: chất liệu của thấu kính có thể là nhựa hoặc kính, các chất liệu khác nhau có những đặc tính khúc xạ và tán sắc ánh sáng khác nhau, điều này sẽ làm thay đổi phân bố bước sóng của ánh sáng, từ đó ảnh hưởng đến việc tái hiện màu sắc. Ví dụ, thấu kính nhựa có thể dễ gây ra sai lệch màu hơn thấu kính kính, điều này yêu cầu các thuật toán AWB phải bù đắp.
• Lọc phổ màu: Các bộ lọc được sử dụng trong thấu kính quyết định các bước sóng ánh sáng nào có thể đi qua thấu kính đến cảm biến. Chất lượng của các bộ lọc này直接影响 trực tiếp đến cân bằng màu sắc, đặc biệt là trong việc điều chỉnh cân bằng trắng tự động.
• Góc tia chính (CRA): CRA mô tả góc mà thấu kính nhận ánh sáng, đối với thấu kính góc rộng, CRA đặc biệt quan trọng vì nó ảnh hưởng đến sự phân bố ánh sáng ở các cạnh của hình ảnh và độ đồng đều màu sắc. Các thuật toán AWB cần xem xét CRA để đảm bảo rằng việc hiệu chỉnh màu sắc nhất quán trên toàn bộ dải hình ảnh.
• Lớp phủ chống phản xạ: Lớp phủ chống phản xạ trên thấu kính được sử dụng để giảm thiểu các phản xạ nội bộ của thấu kính, cải thiện khả năng truyền ánh sáng và giảm flare và ghosting. Chất lượng của các lớp phủ này直接影响 đến lượng và chất lượng ánh sáng nhận được bởi cảm biến, và do đó ảnh hưởng đến hiệu suất của AWB.

Để đạt được kết quả AWB tối ưu, thấu kính cần được hiệu chuẩn chính xác với cảm biến máy ảnh và ISP.

 
Cách thực hiện hiệu chuẩn cân bằng trắng trong hệ thống tầm nhìn nhúng?

Hiệu chuẩn Cân bằng Trắng Tự động (AWB) bao gồm việc điều chỉnh tinh tế Bộ xử lý Tín hiệu Hình ảnh (ISP) của máy ảnh và các thấu kính làm việc cùng nó để bù đắp cho sự biến thiên nhiệt độ màu từ các nguồn sáng khác nhau và tác động của đặc tính thấu kính lên màu sắc. Dưới đây là các bước chi tiết của quy trình hiệu chuẩn AWB.

1. Chọn nhiệt độ màu và chụp hình: Bước đầu tiên là chụp một hình ảnh thử nghiệm tại một loạt nhiệt độ màu đã xác định trước, thường bao gồm ánh sáng ban ngày, huỳnh quang, đèn sợi đốt, v.v. Bước này mô phỏng nhiệt độ màu mà máy ảnh có thể gặp phải. Bước này mô phỏng các môi trường chiếu sáng khác nhau mà máy ảnh có thể gặp phải và cung cấp cơ sở dữ liệu cho việc hiệu chuẩn sau này.
2. Ứng dụng thuật toán cân bằng trắng: tiếp theo, thuật toán AWB được áp dụng cho các hình ảnh đã chụp. Mục tiêu của thuật toán là nhận diện các vùng màu trắng hoặc trung tính trong hình ảnh và điều chỉnh mức tăng của các kênh RGB để các vùng này được hiển thị trung tính ở các nhiệt độ màu khác nhau.
3. Bù trừ đặc điểm của thấu kính: Do đặc điểm của vật liệu thấu kính, bộ lọc và lớp phủ chống phản xạ có thể ảnh hưởng đến tái tạo màu sắc, các yếu tố này cần được bù trừ. Điều này thường liên quan đến việc điều chỉnh các thông số trong thuật toán AWB để sửa chữa sự lệch màu do thấu kính gây ra.
4. Tinh chỉnh và tối ưu hóa: Trong quá trình hiệu chuẩn, có thể cần nhiều lần lặp lại để điều chỉnh chính xác các thông số của thuật toán AWB. Điều này bao gồm việc điều chỉnh ngưỡng nhiệt độ màu, tối ưu hóa tốc độ phản hồi của thuật toán và đảm bảo tính nhất quán về màu sắc trong các điều kiện ánh sáng khác nhau.
5. Xác thực và kiểm thử: Cuối cùng, hiệu quả của việc hiệu chuẩn AWB được kiểm chứng bằng cách thử nghiệm máy ảnh trong điều kiện ánh sáng thực tế. Điều này bao gồm chụp ảnh dưới cả nguồn ánh sáng tự nhiên và nhân tạo và đánh giá độ chính xác của màu sắc cũng như chất lượng hình ảnh tổng thể.

Những ứng dụng nào yêu cầu hiệu chuẩn cân bằng trắng tự động?

Chụp ảnh trong nhà

Trong nhiếp ảnh trong nhà, các nhiếp ảnh gia thường cần làm việc với nhiều nguồn sáng khác nhau, chẳng hạn như ánh sáng tự nhiên kết hợp với ánh sáng nhân tạo. Vai trò của tính năng AWB ở đây là đảm bảo rằng tông màu da của con người và màu sắc của cảnh quay được phối hợp tự nhiên. Bằng cách hiệu chỉnh chính xác thuật toán AWB, nhiếp ảnh gia có thể giảm bớt công việc hậu kỳ và trực tiếp thu được những hình ảnh có sự cân bằng màu sắc tốt.

Camera lùi xe hơi

Camera lùi xe hơi hoạt động vào các thời điểm khác nhau trong ngày và dưới nhiều điều kiện ánh sáng khác nhau. Việc hiệu chuẩn AWB cải thiện độ rõ nét và độ chính xác màu sắc của hình ảnh khi lùi xe vào ban đêm hoặc những ngày âm u. Bằng cách tối ưu hóa AWB, người lái xe có thể nhận được tầm nhìn phía sau rõ ràng trong nhiều điều kiện ánh sáng khác nhau và tăng cường an toàn.

Sinoseen hỗ trợ kỹ thuật thị giác nhúng cho việc hiệu chỉnh ống kính và tùy chỉnh mô-đun camera

Tại Sinoseen, chúng tôi có thể giúp các kỹ sư và kỹ thuật viên dự án tầm nhìn nhúng chọn ống kính phù hợp và ghép nối mô-đun camera thích hợp để đáp ứng yêu cầu ứng dụng của họ. Ngoài ra, chúng tôi còn cung cấp nhiều dịch vụ tùy chỉnh khác nhau, bao gồm nhưng không giới hạn ở thiết kế vỏ, thiết kế trên bo mạch, v.v. Để biết thêm thông tin về sản phẩm và dịch vụ của Sinoseen, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi .

Câu hỏi thường gặp

1: Tại sao tôi cần hiệu chuẩn AWB cho ống kính của mình?

Các đặc tính của ống kính như vật liệu, bộ lọc và lớp phủ chống phản xạ ảnh hưởng đến ánh sáng đi qua nó và do đó ảnh hưởng đến khả năng tái tạo màu sắc. Hiệu chuẩn AWB của ống kính được thực hiện để bù đắp sự chênh lệch màu sắc do các yếu tố này gây ra và đảm bảo độ chính xác và tự nhiên của hình ảnh.

 
2: Nhiệt độ màu ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh như thế nào?

Nhiệt độ màu quyết định màu của nguồn sáng, và các nhiệt độ màu khác nhau tạo ra những không khí màu sắc khác nhau. Nhiệt độ màu ảnh hưởng đến cách camera diễn giải và tái hiện các màu sắc. Ví dụ, một hình ảnh dưới nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp có thể ấm, trong khi một hình ảnh dưới nguồn sáng có nhiệt độ màu cao có thể lạnh. AWB bù đắp những sự thay đổi này bằng cách điều chỉnh cài đặt nhiệt độ màu của camera để đảm bảo tính chính xác về màu sắc trong hình ảnh.