Vad är vitbalanskalibrering? Vilka är de faktorer som påverkar det?

Auto White Balance (AWB) är en kärnateknik i moderna visionssystem. Oavsett om det är inomhus eller utomhus, i varierande ljus, är konsekvent färgsanning alltid en utmaning. Att förstå och korrekt kalibrera AWB är avgörande för output-kvaliteten från en inbyggd kameramodul . Den här artikeln kommer att utforska AWB:s funktionsprinciper, viktiga påverkande faktorer, exakta kalibreringsmetoder och dess praktiska värde. Vårt mål är att hjälpa ingenjörer att uppnå överlägsen, livsnära bildfärgsåtergivning.

Vad är White Balance i en kamera?

Auto White Balance (AWB) är en viktig funktion i digitalkameror. Dess huvudsakliga uppgift är att automatiskt justera en bilds färgbalans. Detta säkerställer att vita och andra neutrala färger framstår som i verkligheten under olika belysning. AWB kompenserar för förskjutningar i ljuskällans färgtemperatur. Det gör att kameran kan fånga upp färger som ser mer naturliga och konsekventa ut, även vid blandad belysning eller extremt ljus.

Hur fungerar AWB-funktionen?

Den auto white balance principle fokuserar på att identifiera och justera vita eller neutrala färgområden i en bild. När kameramodul hittar dessa områden, finjusterar den intensiteten i de röda, gröna och blåa kanalerna (RGB). Detta säkerställer att dessa områden ser neutrala ut i den slutgiltiga bilden. Denna komplexa process förlitar sig på avancerade algoritmer som analyserar bilddata. De beräknar automatiskt de nödvändiga färgkorrigeringarna. Vissa avancerade kamerasytem kan till och med känna igen och anpassa sig till flera ljuskällor, såsom dagsljus, lysrör eller glödlampor. Detta leder till mer exakt färgåtergivning.

AWB är en viktig del av kamerans Bildsignalprocessor (ISP) . ISPs huvudsakliga uppgift är att troget återge en sceners riktiga färger även när belysningen förändras. Rätt inställd AWB är mycket viktig för en inbäddad kameramoduls bildkvalitet. Den påverkar saker som sensorupplösning, pixelstorlek, ljusförhållanden och val av objektiv. Till skillnad från det mänskliga ögat, som anpassar sig automatiskt till färgförändringar, behöver kameraobjektiv 'vitt balans' för att simulera denna process. Detta säkerställer att den resulterande bilden ser så naturlig och realistisk som möjligt ut.

Vilka faktorer påverkar AWB-implementering?

För AWB-funktion för att fungera bra måste kameran korrekt förstå hur färgen förändras vid olika färgtemperaturer. Idén bakom färgtemperatur kommer från ljusets färg som avges av teoretiska svarta strålare vid olika temperaturer. Den mäts vanligtvis i Kelvin. Olika Kelvin-värden motsvarar olika ljuskällor och deras relaterade färgatmosfärer. Till exempel är naturligt dagsljus cirka 5500 K, medan den varmare glöden från glödlampor är cirka 2800 K. Den huvudsakliga funktionen hos AWB är att säkerställa att vita objekt, när de fångas av kameran, verkligen ser vita ut i bilden över dessa olika färgtemperaturer.

Förutom färgtemperatur, AWB-implementering beror också på ISP-algoritmerna. Den påverkas också kraftigt av objektivets specifika egenskaper. Så, för att få bästa möjliga resultat med AWB krävs absolut synergistisk kalibrering mellan objektivet och kamerans sensor . Detta avgörande samarbete innefattar faktorer som objektivmaterialet, dess inbyggda filter, Chief Ray Angle (CRA) och objektivets antireflexbeläggning.

Hur påverkar linsen AWB?

Objektivet är mer än bara en optisk komponent för avbildning. Det är en avgörande faktor för att uppnå exakta färger. Objektivets material, design och beläggning påverkar allt ljus som går genom det. Detta påverkar i sin tur direkt färgen på ljuset som kamerans sensor tar emot. I slutändan påverkar det hur väl AWB-algoritmen kan korrigera färgerna.

Linsmaterial

Linsmaterialet kan vara plast eller glas. Olika material bryter och sprider ljuset olikt. Dessa egenskaper kan förändra ljusets våglängdsfördelning, vilket i sin tur påverkar färgåtergivningen som helhet. Till exempel kan plastlinser orsaka mer färgförvrängning (kromatisk aberration) än glaslinser. Det innebär att AWB-algoritmer behöver kompensera specifikt för dem.

Färgspektralfilter

Filter som är inbyggda i linsen styr exakt vilka ljusvåglängder som når sensorn. Kvaliteten och typen av dessa filter påverkar direkt färgbalansen, särskilt under automatisk vitbalansjustering process.

Huvudstrålevinkel (cra)

CRA beskriver den vinkel som ljusstrålarna träffar linsen och sensorn i. För vidvinkelobjektiv är CRA särskilt viktigt. Det beror på att det påverkar ljusfördelningen och färgjämnheten, särskilt nära bildens kanter. AWB-algoritmer måste ta hänsyn till CRA för att säkerställa att färgkorrigeringen är konsekvent över hela bilden.

Antireflektiva beläggningar

Speciala anti-reflektionsbelägg på linser syftar till att minimera interna reflektioner. Dessa belägg förbättrar hur mycket ljus som passerar igenom, ökar kontrasten och minskar oönskad bländning och spökljus. Kvaliteten på dessa belägg påverkar direkt mängden och kvaliteten på ljus som når sensorn. Detta påverkar i sin tur AWB-prestanda . För bästa AWB-resultat behöver linsen kalibreras noggrant med kamerans sensor och ISP.

Hur man utför auto white balance-kalibrering i ett inbäddat visionssystem?

Auto white balance-kalibrering innebär noggrann finjustering av kamerans bildsignalförstärkare (ISP) och dess kopplade linser. Målet är att korrigera färgtemperaturförändringar från olika ljuskällor och de subtila effekter linserna har på färg. Här är de detaljerade steg som vanligtvis ingår i AWB-kalibreringsprocessen.

Val av färgtemperatur och bildupptagning

Först, ta en serie testbilder under specifika, förbestämda färgtemperaturer. Detta inkluderar vanliga belysningstyper som dagsljus, lysrör och glödljus. Detta steg simulerar de olika ljusmiljöer i verkligheten som kameran kan stöta på, vilket ger oss viktig data för senare kalibrering.

Använd vitbalansalgoritm

Därefter applicera den valda AWB-algoritmen på de upptagna testbilderna. Algoritmens mål är att hitta vita eller neutrala områden inom bilden. Den justerar sedan kanalförstärkningarna för rött, grönt och blått (RGB) så att dessa områden ser neutra ut över de olika färgtemperaturerna.

Kompensera för objektivets egenskaper

Eftersom objektivets egenskaper, såsom material, filter och antireflexbeläggningar, kan påverka färgerna subtilt, måste vi kompensera för dessa faktorer. Detta innebär vanligtvis att justera parametrar inom AWB-algoritmen för att specifikt korrigera eventuella färgavvikelser som orsakats av objektivet.

Finjustering och optimering

Under kalibrering kan det vara nödvändigt att upprepa stegen flera gånger för att exakt finjustera AWB-algoritmens parametrar. Detta innebär ofta att justera färgtemperaturtrösklar, förbättra algoritmens svarshastighet och säkerställa att färgerna är konsekventa över ett brett ljusförhållanden.

Validering och Testning

Slutligen bekräftar vi AWB-kalibreringens effektivitet genom att testa kameran under verkliga ljusförhållanden. Detta inkluderar att ta bilder i både naturligt och konstgjort ljus och noggrant kontrollera färgsäkerheten och den övergripande bildkvaliteten.

Vilka applikationer kräver Auto White Balance-kalibrering?

Auto white balance-kalibrering är avgörande inom många områden, särskilt inom inbyggda synsystem där exakt färg är avgörande.

Inomhusfotografering

Inom inomhusfotografering arbetar professionella ofta med blandade ljuskällor – till exempel naturligt ljus kombinerat med konstbelysning. AWB:s roll är här nyckelviktig för att säkerställa att hudtoner och färgerna i motivet ser naturliga och harmoniska ut. Genom att kalibrera AWB-algoritmen korrekt kan fotografer kraftigt minska behovet av omfattande efterbehandling. De får bilder med utmärkt färgbalans direkt.

Bilens bakre kameran

Backkameror i bilar arbetar i ständigt föränderliga ljusförhållanden, från stark dagsljus till svagt ljus på kvällen eller molniga dagar. AWB-kalibrering förbättrar skarpt bildtydlighet och färgtrohet när man backar, särskilt i utmanande situations med låg belysning. Genom att optimera AWB får förare en konsekvent tydlig bakåtvänd vy, vilket direkt förbättrar säkerheten.

Industriell inspektion och säkerhetsövervakning

I industriell inspektion , exakt färgåtergivning är avgörande för att korrekt identifiera defekter. Till exempel kan till och med små färgskillnader i textilier eller elektronikdelar signalera en produktdefekt. På samma sätt, i säkerhetsövervakning , exakt färg hjälper till att identifiera mål och analysera scener. AWB-kalibrering säkerställer bildstabilitet och tillförlitlighet. Den behåller högkvalitativ visuell data även i dynamiskt föränderliga ljusmiljöer.

Vilken standardvitvärdsinställning ska man använda?

De flesta kameramoduler erbjuder olika standardvitvärdsinställning inställningar, såsom 'Auto', 'Dagsljus', 'Molnigt', 'Glödlampa' och 'Ljusrör'. För de flesta allmänna, vardagliga situationer är Auto White Balance (AWB) vanligtvis det bästa valet. Det beror på att den intelligently anpassar sig till omgivande ljus. Dock kan manuellt att välja en standardinställning ge mer exakta resultat i mycket specifika och stabila ljusförhållanden. Till exempel i ett rum upplyst enbart med glödlampor är det ofta mer precist att välja inställningen 'Glödlampa' än att använda automatiskt läge. För professionella tillämpningar som kräver mycket konsekvent färg eller specifika testmiljöer är det också vanligt och rekommenderat att manuellt ställa in och låsa vitvärdsinställningen.

Slutsats

Auto White Balance (AWB) är en kärna och komplex del av inbyggda synsystem . Dess framgång beror inte bara på avancerade ISP-algoritmer utan också på nära samarbete och exakt kalibrering med linser . Ingenjörer måste ha en djup förståelse för allt från auto white balance principle till AWB-kalibrering steg, och dess avgörande roll i olika praktiska applikationer. När tekniken fortsätter att förbättras kommer exakt AWB att fortsätta driva stora framsteg inom kameramodul färgåtergivning. Detta kommer att leda till mer realistiska och tillförlitliga visuella upplevelser för produkter från konsumentelektronik till komplexa industriella system.

Sinoseen har över 14 år av rik erfarenhet i den inbäddat visionsfält . Vi är dedikerade till att hjälpa våra kunder att integrera rätt högpresterande kameramoduler . Vi är också experter på att lösa svåra bildkvalitetsutmaningar, inklusive exakt Auto white balance-kalibrering . Om du söker professionella inbyggd kameramodul lösningar eller står inför utmaningar med auto white balance-kalibrering , tveka inte att kontakta sines experter idag . Vi finns här för att erbjuda skräddarsydd teknisk rådgivning och produktsupport för att förbättra din synsystems prestanda.