लेन्स व्हिग्नेटिंग म्हणजे काय? व्हिग्नेटिंगचे प्रकार आणि कारणे

एम्बेडेड व्हिजन सिस्टममध्ये, लेन्सचे व्हिग्नेटिंग या सामान्य आणि अनेकदा डावलल्या जाणार्‍या ऑप्टिकल घटनेमुळे प्रतिमेच्या दर्जावर परिणाम होतो. यामुळे प्रतिमेच्या कडा/धारांची उजेड कमी होते आणि अशा प्रकारे "गडद कोपर्‍याचा" परिणाम निर्माण होतो. जरी हा परिणाम उपभोक्ता छायाचित्रणात शैलीचा भाग असू शकतो, तरी मशीन व्हिजन अनुप्रयोगांमध्ये ही एक महत्त्वाची समस्या असते.

कॅमेरा मॉड्यूल्समध्ये तज्ञ म्हणून, या लेखात व्हिग्नेटिंगच्या कारणांचा आणि प्रकारांचा आणि एम्बेडेड व्हिजनमधील त्याच्या महत्त्वाचा आढावा घेतला जाईल. आम्ही या घटनेवर कशी मात करावी आणि ती कशी सुधारावी याबद्दल चर्चा करू, जेणेकरून व्हिजन सिस्टम अचूक आणि विश्वासार्ह माहिती कॅप्चर करू शकेल, ज्यामुळे औद्योगिक स्वयंचलितीकरण, वैद्यकीय इमेजिंग आणि सुरक्षा देखरेख यासारख्या अनुप्रयोगांना एक दृढ पाया मिळेल.

लेन्स व्हिग्नेटिंग म्हणजे काय? व्हिग्नेटच्या परिभाषेचा खोलवर अभ्यास

लेन्स व्हिनेटिंग हे एक ऑप्टिकल घटना आहे, ज्यामध्ये चित्राचा मध्य भाग धारांपेक्षा अधिक उजळ दिसतो. हे असमान उजळता कमी होण्याचा परिणाम चित्राच्या कोपऱ्यांकडे किंवा धारांवर पळसे दिसण्याचा परिणाम होतो. हे अपुरे एक्सपोजरमुळे होत नाही, तर लेन्स सिस्टममधून प्रकाश जात असताना ऑप्टिकल किंवा यांत्रिक घटकांमुळे प्रकाश अडवला जातो.

व्हिनेटिंगच्या स्वभावाचे ज्ञान हे सर्व एम्बेडेड व्हिजन अभियंत्यांसाठी मूलभूत माहिती आहे. यामुळे चित्र डेटाची विश्वासार्हता आणि पुढील प्रक्रियेची अचूकता प्रत्यक्ष प्रभावित होते. व्हिनेटच्या व्याख्येनुसार, व्हिनेटिंगचा अर्थ चित्राच्या मध्यापासून धारांपर्यंत प्रकाशाचे क्षीण होणे समजून घेता येतो. हे क्षीण होणे सामान्यतः सुगम आणि पळसे असते, जे ऑप्टिक्समध्ये सामान्य आणि भविष्यातील भौतिक कायदा आहे.

विग्नेटिंगच्या तीव्रतेचे मोजमाप अक्षरशः "प्रकाशाच्या स्टॉप्स"मध्ये केले जाते, प्रत्येक स्टॉप हा प्रकाशाच्या तीव्रतेच्या निम्म्या कमतरतेचे प्रतिनिधित्व करतो. मशीन व्हिजनसाठी, सौम्य विग्नेटिंगमुळेही कडा भागांवरील छायाचित्र डेटाच्या सिग्नल-टू-नॉइज रेशोमध्ये (एसएनआर) घट होऊ शकते, ज्यामुळे अल्गोरिदमच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम होतो.

विग्नेटिंगचे प्रकार आणि कारणे कोणती आहेत?

विग्नेटिंगचे एकच कारण नसून त्याला चार प्रकारांमध्ये वर्गीकृत केले जाऊ शकते:

यांत्रिक विनेटिंग: कॅमेरा प्रणालीमधील भौतिक अडथळ्यांमुळे हे होते, जसे की लेन्स हूड, फिल्टर रिंग किंवा लेन्स बॅरल यांचे अयोग्य जुळणे. अतिशय तिरप्या कोनातून प्रवेश करताना हे अडथळे प्रकाशाला थेट अडवू शकतात. उदाहरणार्थ, टेलिफोटो लेन्ससाठी डिझाइन केलेला लेन्स हूड वाइड-ॲंगल लेन्सवर वापरल्यास त्यामुळे मोठ्या प्रमाणात यांत्रिक विग्नेटिंग होऊ शकते.

ऑप्टिकल विनेटिंग: हे लेन्सच्या आतील घटकांच्या भौतिक मर्यादांमुळे होते. जेव्हा प्रकाश मोठ्या कोनांवरून लेन्समधून जातो, तेव्हा लेन्सच्या आतील घटकांचा आकार, स्थिती आणि द्वारक अंतर प्रतिबिंब पृष्ठभागाच्या कडा भागांवर पोहोचू शकणार्‍या प्रकाशाला अडवतात. हा प्रकार द्वारक आकार कमी झाल्याने कमी होतो आणि सर्वाधिक द्वारक आकारावर हा प्रकार स्पष्ट दिसतो.

नैसर्गिक विनेटिंग: हा अटळ भौतिक द्रुप आहे जो cos⁴θ च्या नियमानुसार चालतो. अगदी आदर्श, अडथळा नसलेल्या लेन्स प्रणालीमध्येही, आपाती कोनाची (θ) वाढ झाल्याने प्रकाशाची तीव्रता कमी होते. हा प्रकार व्यापक कोनाच्या लेन्स आणि मोठ्या सेन्सरच्या आकारामध्ये विशेषतः दिसून येतो आणि हा एक अंतर्गत गुणधर्म आहे जो भौतिक डिझाइनद्वारे पूर्णपणे दूर करता येत नाही.

पिक्सेल व्हिग्नेटिंग: हे केंद्र भागाच्या पिक्सेल्सच्या तुलनेत कडेच्या पिक्सेल्सना मिळणाऱ्या प्रकाशाच्या कोनामध्ये झालेल्या फरकामुळे होते. ह्या फरकामुळे कोपरामधील पिक्सेल्सवर गडदपणा येतो, कारण थोडा कमी प्रकाश कॅप्चर होतो. ऑप्टिकल व्हिन्येटिंगच्या तुलनेत, पिक्सेल व्हिन्येटिंग हे सेन्सर डिझाइनचे अंतर्गत लक्षण असते आणि ते अपर्चर सेटिंग्ज बदलल्याने प्रभावित होत नाही. याचा अर्थ असा की, व्हिन्येटिंग हे सामान्यतः केवळ लेन्सशी संबंधित मानले जाते, परंतु ते सेन्सर वैशिष्ट्यांमुळेही होऊ शकते.

छायाचित्रणात व्हिन्येटिंग म्हणजे काय?

छायाचित्रकार सामान्यतः व्हिनेटिंगला एक कलात्मक अभिव्यक्ती मानतात. ते त्याचा वापर विषयांवर प्रकाश टाकण्यासाठी आणि वातावरण निर्माण करण्यासाठी करू शकतात. मात्र, एम्बेडेड व्हिजन क्षेत्रात परिस्थिती वेगळी आहे. मशीन व्हिजन प्रणालीसाठी ज्यांना अचूक मोजमाप करणे आवश्यक आहे, व्हिनेटिंग हा एक दोष आहे जो डेटा सातत्यावर गंभीर परिणाम करतो. त्यामुळे कमतर प्रकाशामुळे कडेला असलेल्या वस्तू चुकीच्या पद्धतीने ओळखल्या जाऊ शकतात, किंवा रंग आणि प्रकाशाच्या विश्लेषणात विसंगतता येऊ शकते.

छायाचित्रण हे दृश्य सौंदर्य आणि भावनिक अभिव्यक्तीच्या शोधात असते, तर मशीन व्हिजनला डेटाची एकसंधता, पुनरावृत्ती आणि अचूकता हवी असते. कोणत्याही छायाचित्राच्या कडेला आणि मध्यभागी असलेल्या प्रकाशाच्या अल्प फरकाला एआय अल्गोरिदम वस्तूच्या रंगात किंवा घनतेतील बदल म्हणून गृहीत धरू शकतो, ज्यामुळे चुकीचे निर्णय होऊ शकतात. म्हणूनच, एम्बेडेड व्हिजनमध्ये व्हिनेटिंग हा एक पर्याय नसून तो नक्कीच सोडवावा लागणारा प्रश्न आहे.

इमेजिंग आणि ऑप्टिकल अॅप्लिकेशन्समधील महत्त्व. व्हिग्नेटिंग परिणामाच्या समस्या समजून घेणे

एम्बेडेड व्हिजन आणि ऑप्टिकल अॅप्लिकेशन्समध्ये, व्हिग्नेटिंगचा नकारात्मक प्रभाव डावलता येत नाही. व्हिग्नेटिंग हे इमेज युनिफॉर्मिटीमध्ये अडथळा आणते, चित्राच्या विविध भागांमध्ये प्रकाशमान, तीक्ष्णता आणि रंगात बदल करते. यामुळे रंग कॅलिब्रेशन, इमेज स्टिचिंग आणि ऑब्जेक्ट ट्रॅकिंग सारख्या कामांना मोठे आव्हाने येतात.

व्हिग्नेटिंगचा थेट परिणाम म्हणजे इमेज एजवर सिग्नल-टू-नॉइज रेशो (SNR) कमी होणे, ज्यामुळे या भागांमधील इमेज गुणवत्ता खराब होते आणि तपशीलाची हानी होते. कडक धार ओळखणे, सूक्ष्म दोषांची ओळख किंवा रंग मोजमाप आवश्यक असलेल्या अॅप्लिकेशन्ससाठी व्हिग्नेटिंग ही एक मोठी समस्या आहे. उदाहरणार्थ, औद्योगिक गुणवत्ता तपासणीमध्ये, अपुरा प्रकाश असल्यामुळे अल्गोरिदमद्वारे इमेजच्या कडाला असलेला लहानसा दोष न दिसणे, ज्यामुळे उत्पादन तपासणी चुकवली जाते.

3D पुनर्निर्माण अनुप्रयोगांमध्ये, विग्नेटिंगमुळे खोलीच्या संवेदनशीलतेमध्ये देखील विसंगती निर्माण होऊ शकते, ज्यामुळे कॉर्नर्सवर पुनर्निर्माण केलेल्या 3D मॉडेलमध्ये विकृती येते. त्यामुळे, कठोर प्रतिमा गुणवत्ता आवश्यकता असलेल्या कोणत्याही एम्बेडेड व्हिजन सिस्टममध्ये विग्नेटिंगचा सामना करणे हा एक महत्त्वाचा टप्पा आहे.

लेन्स विग्नेटिंग कसे नियंत्रित आणि कमी करावे? विग्नेट कॅमेरा निवड आणि कॅलिब्रेशन

लेन्स विग्नेटिंग नियंत्रित आणि कमी करणे ही एक पद्धतशीर प्रक्रिया आहे ज्यासाठी हार्डवेअर डिझाइन आणि सॉफ्टवेअर कॅलिब्रेशन दोन्ही बाजूंनी एकाच वेळी प्रयत्न करणे आवश्यक आहे.

हार्डवेअर सोल्यूशन

• लेन्स निवड: उच्च दर्जाचे, चांगले डिझाइन केलेले लेन्स निवडा. प्राइम लेन्सच्या तुलनेत जूम लेन्सच्या तुलनेत विग्नेटिंग नियंत्रणासाठी सामान्यतः चांगले पर्याय असतात. लेन्सचे प्रतिमा वर्तुळ हे वापरल्या जाणार्‍या प्रतिमा सेन्सरच्या आकारापेक्षा मोठे किंवा किमान समान असणे आवश्यक आहे.
• एपर्चर नियंत्रण: योग्य प्रकारे डायफ्राम कमी करा (हे "स्टॉपिंग डाउन" म्हणूनही ओळखले जाते). ऑप्टिकल विग्नेटिंगसाठी, डायफ्राम कमी करणे हे लेन्स घटकांद्वारे प्रकाश अवरोधित होण्याची शक्यता कमी करण्यास प्रभावी ठरते, त्यामुळे विग्नेटिंगचे प्रमाण कमी होते. मात्र, डायफ्राम अत्यधिक कमी केल्यास डिफ्रॅक्शन परिणाम उद्भवू शकतात, ज्यामुळे प्रतिमेची स्पष्टता वास्तविकतः कमी होऊ शकते.
• सिस्टम मॅचिंग: लेन्स हे अ‍ॅक्सेसरीजच्या संगततेसाठी पूर्णपणे सुसंगत आहे, उदा. कॅमरा मॉड्यूल आणि फिल्टर्स मॅकेनिकल विग्नेटिंग टाळण्यासाठी.

सॉफ्टवेअर सोल्यूशन

• फ्लॅट-फील्ड करेक्शन (एफएफसी): ही सर्वात सामान्य आणि प्रभावी सॉफ्टवेअर सुधारणा पद्धत आहे. याची मूळ संकल्पना ही विग्नेटिंगसाठी "सुधारणा नकाशा" तयार करणे आहे. प्रथम, समान प्रकाशाखाली एक पांढरी किंवा गुलाबी संदर्भ छायाचित्र (फ्लॅट-फील्ड इमेज) कॅप्चर करा. नंतर, अंधारातील अटींखाली एक डार्क-फील्ड छायाचित्र (डार्क फ्रेम इमेज) कॅप्चर करा. या दोन संदर्भ छायाचित्रांचा वापर करून, अल्गोरिदम प्रत्येक पिक्सेलसाठी प्रकाशमान कमी होण्याचा गुणांक मोजू शकतो आणि पुढील प्रतिमा प्रक्रिया करताना सर्व छायाचित्रांवर उलटा भरपाई करू शकतो.
• लूक-अप टेबल (LUT): काही उच्च वास्तविक-वेळेच्या आवश्यकता असलेल्या सिस्टममध्ये, सुधारणा गुणांक आधीच मोजून LUT मध्ये साठवले जाऊ शकतात, काही प्रमाणात स्मृतीचा त्याग करून वेगवान प्रक्रियेसाठी.

एम्बेडेड दृष्टी सिस्टीमसाठी विग्नेट कॅमेरा निवडताना, अभियंत्यांनी लेन्सच्या विग्नेटिंग वैशिष्ट्यांचा पूर्णपणे विचार करावा आणि पुढील सॉफ्टवेअर सुधारणा योजनेची आधीच योजना आखावी.

एम्बेडेड दृष्टी सिस्टीममधील विग्नेटिंग

एम्बेडेड व्हिजन सिस्टममध्ये, विग्नेटिंग हा एक महत्वाचा मुद्दा आहे. यामुळे सिस्टमच्या विश्वासार्हता आणि अचूकतेवर परिणाम होतो. औद्योगिक स्वयंचलित त्रुटी शोधण्यासाठी किंवा सुरक्षा देखरेखीसाठी चेहरा ओळखण्यासाठी वापरले जात असले तरी, विग्नेटिंगने बाधित झालेला प्रतिमा मशीन व्हिजन अल्गोरिदमच्या अपयशाला कारणीभूत ठरू शकते.

त्यामुळे, उच्च कार्यक्षमता आणि उच्च विश्वासार्हता असलेल्या एम्बेडेड व्हिजन सिस्टम तयार करण्यासाठी लेन्स विग्नेटिंगचे ज्ञान आणि प्रभावी सुधारणा पद्धती राबवणे आवश्यक आहे. एम्बेडेड व्हिजन सिस्टम विकसित करताना, विग्नेटिंग सुधारणेचा विचार सिस्टमच्या मुख्य कार्याच्या रूपात केला जावा. उच्च दर्जाचे लेन्स निवडणे, ज्यासोबत अचूक फ्लॅट-फील्ड सुधारणा अल्गोरिदमचा संयोग आहे, ही या समस्येचे निराकरण करण्याची उत्तम जोडी आहे.

एक यशस्वी एम्बेडेड व्हिजन सोल्यूशन त्याच्या अल्गोरिदमच्या शक्तीवर अवलंबून असते तसेच त्याच्या मूळ असलेल्या हार्डवेअर आणि इमेज डेटाच्या विश्वासार्हतेवर देखील अवलंबून असते. डेटा विश्वासार्हता सुनिश्चित करण्यासाठी लेन्स व्हिग्नेटिंग नियंत्रण आणि सुधारणा आवश्यक असतात आणि उत्पादन डिझाइन आणि अंमलबजावणीदरम्यान व्हिजन सिस्टम अभियंते यांना या आव्हानाचा सामना करावा लागतो.

मचव्हिजन व्हिग्नेटिंग सुधारणेची उपाययोजना देते

तुमच्या एम्बेडेड व्हिजन प्रकल्पांमध्ये देखील इमेज धारांजवळ असमान प्रकाशमानाचे आव्हान तुम्हाला येत आहे का? आजच आमच्या तज्ञ टीमशी संपर्क साधा आणि आम्ही तुम्हाला व्यावसायिक लेन्स निवड आणि व्हिग्नेटिंग सुधारणेची उपाययोजना पुरवून तुमचे सिस्टम सर्वोत्तम डेटा गोळा करील याची खात्री करून देऊ!