šta je sjenčenje leće? Vrste i uzroci sjenčenja

У системима уградње визије, често и занемарен оптички феномен познат као винјетирање сочива утиче на квалитет слике. Оно узрокује постепено смањење осветљености ивица слике, стварајући карактеристичан ефекат "тамних углова". Док ово може бити естетски избор у потрошачкој фотографији, у применама машинског вида представља важан проблем.

Као консултант који се специјализира за модуле камера, у овом чланку ћемо детаљно размотрити узроке и типове винјетирања, као и његову важност у уградним системима визије. Истражићемо како ефективно контролисати и исправити овај феномен, како би системи визије прикупљали најтачније и најпоузданије податке, чиме ће се обезбедити чврста основа за примене које се крећу од индустријске аутоматизације, медицинске дијагностике па чак и безбедносног надзора.

Шта је винјетирање сочива? Детаљно објашњење дефиниције винјета

Zatamnjenje objektiva je optički fenomen pri kojem je centar slike svetliji u odnosu na ivice. Ovo nejednako smanjenje svetlosti rezultira postepenom tamnijom efektom u uglovima ili ivicama slike. Nije posledica nedovoljne ekspozicije, već blokade svetlosti optičkim ili mehaničkim komponentama dok prolazi kroz sistem objektiva.

Razumevanje prirode zatamnjenja je osnovno znanje za sve inženjere ugrađenih video sistema. Direktno utiče na pouzdanost podataka slike i tačnost dalje obrade. Prema definiciji vignetiranja, zatamnjenje se može shvatiti kao slabljenje svetlosti od centra ka ivicama slike tokom formiranja slike. Ovo slabljenje je obično glatko i postepeno, često i predvidiv zakon u optici.

Интензитет винјетирања често се мери у „стопама светлости“, где свака стопа представља половињу осветљености. За машинско видење, чак и благо винјетирање може изазвати смањење односа сигнал-шум (SNR) података о слици на ивицама, чиме се утиче на перформансе алгоритама.

Које су врсте и узроци винјетирања?

Не постоји јединствен узрок винјетирања; може се грубо поделити у четири категорије:

Mehaničko vinjetiranje: Ово је изазвано физичким препрекама у систему камере, као што су неподесни капи за сочиво, прстени филтера или цеви сочива. Ове препреке могу директно блокирати светлост када улази под екстремним угловима. На пример, коришћење капа за сочиво који је дизајниран за телескопско сочиво на широкоугаоном сочиву може довести до значајног механичког винјетирања.

Optičko vinjetiranje: Ово је узроковано физичким ограничењима унутрашњих компонената објектива. Када светлост пролази кроз објектив под великим угловима, апертура, величина и позиција унутрашњих компонената објектива блокирају део светлости која стиже до ивица сензора. Овај тип винјетирања се смањује када се апертура сужава и највише је изражен при максималној апертури.

Prirodno vinjetiranje: Ово је неизбежан физички феномен који прати cos⁴θ закон. Чак и у идеалном, неограниченом систему објектива, интензитет светлости опада са повећањем угла пада (θ). Ово је нарочито уочљиво код широкоугаоних објектива и великих сензора, а представља унутрашњу особину коју није могуће потпуно елиминисати физичким дизајном.

Пиксел винјетирање: To se dešava zbog razlike u uglu svetlosti koju primaju rubni pikseli u poređenju sa centralnim pikselima. Ova razlika rezultira efektom zatamnjenja na uglovima zbog blagog smanjenja količine prikupljene svetlosti. Za razliku od optičkog vinhjetovanja, vinhjetovanje piksela je urođena karakteristika dizajna senzora i nije uticajno na podesavanja otvora. To znači da iako se vinhjetovanje obično povezuje samo sa objektivima, može se pojaviti i zbog karakteristika senzora.

Šta je vinhjetovanje u fotografiji?

Фотографи често сматрају винјетирање у фотографији уметничким изразом. Могу га користити да истакну мотиве и креирају атмосферу. Међутим, у области уграђених визуелних система, ситуација је сасвим другачија. За системе машинског вида који морају да извршавају прецизне мерења, винјетирање је недостатак који озбиљно утиче на конзистентност података. То може довести до погрешне идентификације објеката у периферним областима због недовољне осветљености, или може изазвати погрешне резултате анализе боје и осветљености.

Фотографија тежи визуелној лепоти и емотивном изразу, док машински вид тежи конзистентности, поновљивости и тачности података. За алгоритам вештачке интелегенције, ситне разлике у осветљености између ивица и центра слике могу бити погрешно протумачене као варијације у боји или текстури објекта, што доводи до нетачних закључака. Стога, у системима уграђеног вида, винјетирање није избор, већ проблем који мора бити решен.

Značaj u oblasti slikovnih i optičkih primena. Razumevanje problema uzrokovanih efektom zatamnjenja uglova

U ugrađenim sistemima za video i optičkim aplikacijama, negativan uticaj zatamnjenja uglova ne sme se zanemariti. Zatamnjenje uglova remeti uniformnost slike, izazivajući varijacije u osvetljenosti, kontrastu i boji u različitim delovima slike. Ovo predstavlja značajan izazov za zadatke poput kalibracije boje, spajanja slika i praćenja objekata.

Direktna posledica zatamnjenja uglova je smanjenje odnosa signal/šum (SNR) na rubovima slike, što rezultuje lošom kvalitetom slike i gubitkom detalja na tim mestima. Zatamnjenje uglova predstavlja značajan problem za aplikacije koje zahtevaju precizno snimanje rubova, identifikaciju sitnih nedostataka ili merenje boje. Na primer, u industrijskoj kontroli kvaliteta, mali nedostatak na rubu slike može ostati neotkriven od strane algoritma zbog nedovoljne osvetljenosti, što može dovesti do propuštanja kontrole proizvoda.

У апликацијама 3D реконструкције, винјетирање такође може изазвати одступања у алгоритмима за процену дубине, што доводи до изобличења у реконструисаним 3D моделима на ивицама. Стога, ублажавање винјетирања је важан корак у било ком уграђеном систему визије који има строге захтеве квалитета слике.

Како контролисати и смањити винјетирање сочива? Избор и калибрација камере са винјетирањем

Контрола и смањење винјетирања сочива систематичан је процес који захтева истовремене напоре у дизајну хардвера и калибрацији софтвера.

Решење хардвера

• Избор сочива: Изаберите сочиво високог квалитета и добре израђено. Прости сочиви углавном нуде бољу контролу винјетирања у односу на варио сочиве. Круг слике сочива треба да буде већи или бар једнак величини сензора слике који се користи.
• Контрола апертуре: Правилно умањите отвор (такође познат као „стопирање отвора“. За оптичко винјетирање, стопирање отвора ефективно смањује вероватноћу да светлост буде блокирана елементима сочива, чиме се смањује степен винјетирања. Међутим, имајте на уму да превише стопирање отвора може изазвати ефекте дифракције, који заправо могу смањити јасноћу слике.
• Усклађивање система: Обавезно да сочиво потпуно одговара аксесорима као што су modul kamere и филтри, да бисте избегли механичко винјетирање.

Софтверско решење

• Корекција равног поља (FFC): Ово је најчешћа и најефикаснија метода корекције софтвера. Њена основна идеја је креирање „мапе корекције” за винјетирање. Прво, направите референтну слику беле или сиве боје у равномерној светлости (слика равног поља). Затим, направите слику тамног поља у условима без светла (слика тамног филма). Коришћењем ове две референтне слике, алгоритам може да израчуна коефицијент прислушки светла за сваки пиксел и изврши инверзну компензацију на свим сликама у даљем процесу обраде слика.
• Табела претраге (LUT): У неким системима са високим захтевима у реалном времену, коефицијенти корекције могу се унапред израчунати и чувати у LUT-у, жртвујући део меморије у замену за бржу обраду.

При избору камере са винјетирањем за систем уградења визије, инжењери би требало да у потпуности размотре карактеристике винјетирања објектива и унапред предвиде софтверско решење за корекцију.

Винјетирање у системима уградења визије

U sistemima ugrađenog vida, vinjetiranje nikako nije zanemarljiv problem. Ono direktno utiče na pouzdanost i tačnost sistema. Bez obzira da li se koristi za detekciju grešaka u industrijskoj automatizaciji ili prepoznavanje lica u bezbednosnom nadzoru, slika oštećena vinjetiranjem može dovesti do kvara algoritma mašinskog vida.

Stoga, razumevanje vinjetiranja objektiva i primena efikasnih metoda korekcije su ključni za izgradnju visokoperformantnog i visokopouznog sistema ugrađenog vida. Tokom razvoja sistema ugrađenog vida, korekcija vinjetiranja treba da bude smatrana osnovnom funkcijom. Izbor kvalitetnog objektiva, u kombinaciji sa preciznim algoritmom korekcije ravne slike, predstavlja idealno rešenje za ovaj problem.

Успешно решење уграде визије зависи не само од снаге алгоритама, већ и од поузданости основног хардвера и података о слици. Контрола и корекција винјетирања сочива кључни су фактори у обезбеђивању поузданости података и изазов који морају да реше сви инжењери визуелних система током пројектовања и имплементације производа.

Muchvision нуди решења за корекцију винјетирања

Да ли се и ви суочавате са проблемом неједнаке осветљености по ивицама слике у оквиру ваших пројеката уграде визије? Kontaktirajte naš tim stručnjaka već danas а ми ћемо вам обезбедити професионална решења за избор сочива и корекцију винјетирања, како бисмо осигурали да ваш систем ухвати најсавршеније податке!