Vad är definitionen av en mörk vinkel? Hur korrigerar man i applikationer med inbäddad vision?

Den snabba utvecklingen av bildbehandlingsplattformar har revolutionerat området och erbjuder tillförlitliga och kostnadseffektiva inbyggda visionslösningar på olika marknader. Dessa plattformar förbättrar bildkvaliteten genom tekniker som förbättring, restaurering, kodning och komprimering, som inkluderar korrigering av belysning, storleksändring av bilder (digital zoom), kantdetektering och utvärdering av segmenteringsalgoritmer. I dessa tillämpningar har CMOS-bildsensorer blivit den vanligaste typen av bildsensor, som fångar upp ljus för att bilda en pixelmatris som fungerar som grund för efterföljande bildbehandling.

Det är dock en utmanande process att välja rätt objektiv som ska integreras med kameramodulen för optimal bildtagning och bearbetning. Det handlar om att bestämma rättsynfält (FOV), välja mellan fast fokus eller autofokus och ställa in arbetsavståndet. Dessutom kan optiska fenomen som linsvinnsättning och problem med vitbalans störa bildutmatningen, vilket påverkar den slutliga visuella kvaliteten.

I den här artikeln kommer vi att fördjupa oss i begreppet linsvinjettering, analysera dess orsaker och tillhandahålla praktiska lösningar för att hjälpa användare av inbyggd kamera att eliminera detta bildkvalitetsproblem.

Vad är linsvinjettering?

Linsvinjettering avser den gradvisa minskningen av ljusstyrka eller mättnad från mitten till kanterna eller hörnen av en bild. Även känd som skuggning, ljusavmattning eller luminansskuggning, mäts omfattningen av vinnieting vanligtvis i f-steg och beror på objektivets bländarstorlek och olika designparametrar.

Bländaren styr bildens ljusstyrka genom att ändra den totala mängden ljus som når kamerasensorn genom objektivet.

Vinjettering påverkar inte bara den visuella kvaliteten på en bild utan kan också leda till förlust av viktig visuell information i vissa applikationer. Till exempel, vid industriell inspektion eller medicinsk bildbehandling som kräver exakt konsistens av färg och ljusstyrka, kan vinjettering resultera i felbedömningar eller felaktig analys. Därför är det viktigt att förstå och vidta åtgärder för att minska eller eliminera linsvinjettering för att säkerställa bildkvaliteten och förbättra synsystemens prestanda.

Hur bildas vinjettering och vilka typer ingår i den?

Varför Vinjette? Förekomsten av linsvinjettering kan tillskrivas olika faktorer, främst på grund av utformningen av själva optiska element. Att blockera ljuset med externa verktyg kan förvärra detta fenomen, och ibland introduceras det avsiktligt under efterbehandlingen.

De olika orsakerna till linsvinjettering inkluderar:

• Optisk vinjettering:Denna typ uppstår på grund av linsens fysiska begränsningar, vilket förhindrar att ljus utanför axeln helt når bildsensorns kanter, särskilt tydligt i komplexa optiska system med flera linselement.
• Naturlig vinjettering:Även känd som cos4θ fall-off, det är en naturlig minskning av ljusstyrkan på grund av ljusets vinkel i förhållande till bildplanet, enligt cosinus fjärde lag, där ljusstyrkan sjunker snabbt när vinkeln med den optiska axeln ökar.
• Ledande strålvinkel (CRA):CRA är en viktig parameter vid val av linser och sensorer, vilket påverkar ljusstyrkan och klarheten vid bildkanterna. En överdriven CRA kan orsaka skuggor vid bildkanterna, vilket påverkar bildkvaliteten.
• Mekanisk vinjettering:Inträffar när ljusstrålen blockeras mekaniskt av linsfästet, filterringarna eller andra föremål, vilket orsakar artificiell minskning av ljusstyrkan vid bildens kanter. Detta är vanligt när linsens bildcirkel är mindre än sensorns storlek.
• Efterbehandling:Ibland, för konstnärliga effekter eller för att framhäva det centrala motivet i en bild, lägger fotografer avsiktligt till optisk vinjett under efterbehandlingen.

Vilka är metoderna för att korrigera linsvinjettering?

Som diskuterats är linsvinjettering ett oönskat optiskt fenomen. Även om det inte kan undvikas helt kan det effektivt korrigeras för inbäddad syn med följande åtgärder:

• Matchande CRA-värden:Att se till att linsens CRA-värde är lägre än sensorns mikrolins är avgörande för att eliminera bildbelysning eller färgproblem. Tillverkare måste kontrollera linsdesignen för att matcha sensorlayouten.
• Justera bildsignalprocessorn (ISP):ISP:n spelar en viktig roll när det gäller att bearbeta bilder som tas av sensorn. Specifika procedurer, till exempel Imatest, kan testa bildkvaliteten och justera specifika register i ISP:n för att minska linsskuggningen.
• Öka bländartalet:Genom att öka objektivets bländartal (dvs. minska bländaren) kan effekten av naturlig vinjettering eller cos4θ-avfall minskas.
• Använda en längre brännvidd:Vid låg f/# (förhållandet mellan brännvidd och bländarstorlek), objektiv med kort brännvidd eller när hög upplösning behövs till en låg kostnad, kan mekanisk kameravinjettering elimineras genom att använda en längre brännvidd.
• Korrigering av platt fält:En vanlig metod för vinettintg-korrigering av tunga linser, det innebär att jämnt belysa en plan yta och fånga mörka fält och ljusreferensramar, sedan beräkna och tillämpa plattfältskorrigering.
• Använda programvaruverktyg:Olika programvaruverktyg, såsom verktyg för bildsömnad och CamTool, kan användas för korrigering av linsskuggning.
• Användning av telecentriska linser:Linser som är utformade för att vara telecentriska i bildrymden kan korrigera roll-off eftersom denna telecentricitet ger extremt enhetlig bildplansbelysning, vilket eliminerar den normala cos4θ-avfallet i bildplansbelysningen från den optiska axeln till fältets hörn.

Vi hoppas att den här artikeln har varit till hjälp när det gäller objektivvinjettering. Naturligtvis, om du fortfarande har frågor om hur du övervinner linsvinjettering i inbäddad syn eller om du vill integreraInbyggda kameramodulertill dina produkter, tveka inte att kontakta oss—Sinoseen, en erfarenKinesisk tillverkare av kameramoduler.