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相机采集中的图像偏色问题 2024-10-18

在测试JAI棱镜系列相机的过程中,我们经常会看到客户有诸如“为什么相机采集的图像严重偏色,不是说这个棱镜相机对颜色的还原效果会更好吗”的疑问,并表示“在正常的白光环境下,使用的光源也是常规的白色光,白平衡无论怎么做最后采图效果都是上绿下红”,因此怀疑相机的品质问题。

事实上,相机的品质是绝对无需担心的,相机在制造生产过程中是经过层层把控、关关检测,切实做到严格标准、严谨检测的。而关于客户反馈的有关颜色渐变(如下图)的问题,其实是一个误会,让我们一起看看究竟是怎么回事吧!

拍摄均匀白色目标物,偏色示意


相机型号

JAI棱镜系列相机有Apex系列、Fusion系列和Fusion Flex-Eye系列相机,下文我们以Apex系列和Fusion系列为例进行说明。

Apex系列

Fusion系列


在解答这个疑问之前,我们有必要先了解一下棱镜相机。


棱镜相机的简单原理

在棱镜式相机内,进入光学系统的光子在到达传感器之前是通过棱镜来传播的,棱镜模组由多个棱镜组成,配有硬质二向色涂层以帮助分离光线。

以白光为例,分离的顺序依次为蓝光红光以及绿光,光在与传感器交互之前被分离,确保了信号强度的损失最小化。

而普通的单传感器拜耳RGB相机,白光通过拜耳模式滤光后到达传感器,由于滤光片本身的特性,在到达光电二极管之前,只有三分之一的光子能通过滤光片阵列,这一过程造成了很高的信号强度损失。因而棱镜式相机拥有更优异的色彩图像质量。


Q

那么在常规白光环境下,按照正常流程安装使用常规镜头、光源等,为什么会出现这种成像上绿下红颜色渐变的现象呢?

A

“罪魁祸首”就是镜头。

棱镜模块由多个部分组成,包括二向色镜,尽管二向色镜透光率曲线转换非常理想,但是光的干涉决定了实际效果与入射角相关,即透光率会随着入射角度变化而变化,这可能导致颜色阴影问题,入射角越大,阴影效果越明显。

此时镜头的光瞳就变得十分重要,它影响着不同角度的光束如何入射镜头以及出射镜头后如何进入传感器。所以为了尽量减少可能产生的阴影效果,以及减少入射角对二向色镜的影响,进入棱镜的光线应当尽可能垂直于棱镜表面,而这可以通过在光学设计过程中将出瞳的位置“远离”棱镜来实现。

相机+镜头


因此,如果给棱镜相机选择一个常规的标准镜头,光线将以相对较大的角度入射棱镜,部分光线无法穿透棱镜,导致图像在某些波段局部变暗,从而造成图像颜色渐变,给人造成相机采集图像偏色、相机存在质量问题的误会。

所以在给棱镜相机选配合适的镜头的时候,不仅要考虑适当的焦距、成像圈以及满足帧率、景深和光照条件的光圈等参数,也要考虑镜头在设计上是否针对棱镜式相机进行了优化


当然了,即使是最先进的多传感器棱镜优化镜头也可能造成轻微的颜色渐变,因此JAI引入一项称为阴影校正的相机内置功能,当镜头的阴影问题处于可控范围之内时,该补偿方式可以让三个颜色通道内的感光响应变得足够均匀,颜色渐变问题也可以在很大程度上得到矫正。

左补偿前;右补偿后

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