Моделирование и оптимизация оптико-электронных приборов с фотоприемными матрицами (1095912), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Дожать кнопку затвора до конца. Может потребоваться некотораяпрактика, чтобы освоить эту операцию.Ручная фокусировкаиспользуется в следующих случаях:имеется объектив с трансфокатором в камере с активнойавтофокусировкой, а объект наблюдения находится на расстоянии более 7,5м;имеется камера с пассивной автофокусировкой, а объект не имеетдеталей, пригодных для фокусировки;имеется камера с пассивной автофокусировкой, а объект плохоосвещен или очень яркий и находится на расстоянии более 7,5 м.В видеокамерах используется пассивная система автофокусировки,котораятакжеиспользуетцентральнуючастьизображения.Автофокусировка очень удобна для быстрой съемки, но у нее естьнедостатки:инерционность;может искатьназадивперед,безуспешноищаобъектфокусирования;плохая фокусировка при низких уровнях освещенности;ошибочная фокусировка, когда объект наблюдения находится нев центре кадра;ошибочная фокусировка, когда что-то находится между объектоми объективом.Автофокусировка видеокамер работает лучше всего при ярком свете.При низкой освещенности нужно переходить на ручную фокусировку.2.1.3.

Функции процессора изображенийНа процессор изображения возлагается следующий ряд функций:контроль экспозиции, скорости кадров, времени накопления, коэффициентаусиления; корректировка сбойных ячеек; восстановление цвета по исходнымданным (цветовая интерпретация, баланс белого, цветовая коррекция),подчеркиваниеконтуров,подстройкакривойчувствительности;масштабирование и сжатие; хранение и запись данных на различные средствапамяти; стыковка c другими устройствами.Экспозиция.На начальной стадии важно определить хорошую экспозицию иуровень черного для изображения.

Экспозиция обычно устанавливается наоснове анализа гистограммы изображения, когда большинство значенийпикселов в изображении сосредоточено вокруг середины диапазона АЦП.Если они сосредоточены ближе к низкому концу диапазона АЦП, тополучится очень темное изображение. Если большинство значений пикселовсосредоточено ближе к верхнему концу диапазона АЦП, то изображениебудет перенасыщенным. Цифровые процессоры изображения имеют средствастатистики, чтобы исследовать гистограмму, поступающую от изображенийв различных окнах с различными методами, и помочь принять решениеотносительно того, как экспонировать изображение.Обнаружение дефектов.На следующем шаге нужно выявить сбойные ячейки и скорректироватьих.

Обнаружение и коррекция дефектов происходят на заводе-изготовителе.Делается это следующим образом. Датчик изображения помещают виспытательное зажимное приспособление и выполняют съемку изображения.Затем закрывают крышку объектива так, чтобы снять темновое изображение.Далее идет процесс обнаружения всех сбойных ячеек, основанный нанекоторых критериях, которые запрограммированы, а результаты заносятся впамять камеры.

Затем крышка объектива снимается и осуществляется съемканескольких кадров равномерно освещенной белой картины. Далее процессоризображениябудетискатьвсехолодныеячейкиизапомнитихместоположение. Когда камера отправится пользователю, то процессоризображения уже настроен. Если co временем появятся новые сбойныеячейки, то они заносятся в память горячих или холодных ячеексоответственно. Для их исправления используется среднее значение поокрестности. Важно знать, сколько сбойных ячеек может скорректироватьпроцессор изображения.Методика обнаружения местоположения производственных дефектов вфотоприемной матрице: закрыть объектив крышкой; снять кадр в темноте;занести местоположение всех горячих ячеек в память; снять крышкуобъектива; снять кадр белого испытательного листа; занести местоположениевсех холодных ячеек в память; для корректировки сбойных ячеек в процессеиспользования камеры заменить горячие и холодные пикселы среднимзначением окрестности на одной строке.Сжатие изображения.Один RGB мегапиксел содержит 1.3 млн.

пикселов. На каждый RGBпиксел приходится по одному R, G и В пикселу, так что размер файлавозрастает в 3 раза. Для того чтобы сохранить наибольшее числоизображений в памяти камеры, нужно сжать изображение. Самымраспространенным форматом сжатия является JPEG.Регулировка уровня черного.Для получения хороших исходных данных во всех датчиках нужнорегулировать уровень черного. И чем ниже уровень черного, тем лучшеконтраст изображения, к которому наиболее чувствителен человеческий глаз.В датчиках встраиваются "черные" ячейки, закрытые от света. Присчитывании этих ячеек в идеальном датчике получилось бы нулевоепоказание сигнала. Однако в реальном датчике сигнал этик ячеек не нулевой,при различных температурах его показания меняются. При считываниикаждого кадра считываются и эти черные ячейки.

Их сигналы используютсяв схеме обратной связи для компенсации уровня черного. Встроенныйцифровой процессор сигналов сравнивает уровень черного с сигналомобъекта наблюдения. В зависимости от результата сравнения вычисляетсятребуемое смещение, которое по петле обратной связи подается на входаналоговой схемы процессора.2.1.4. Основы обработки цветаЦветовые пространства.Аддитивное цветовое пространство использует три основных цвета:красный, зеленый и синий (RGB).

Аббревиатура RGB соответствуетназваниям этих цветов в английском написании (Red, Green, Вluе). Когдаданные цвета накладываются друг на друга в максимальной интенсивности,то формируется белый цвет. Это пространство используется всякий раз,когда свет проецируется, чтобы формировать цветное изображение, как этоделается на мониторе дисплея или в глазу наблюдателя. На мониторе каждыйпиксел сформован из группы трех точек: красной, зеленой и синей.Субтрактивное цветовое пространство использует три основныхцвета: голубой, красный и желтый (СМУК).

Аббревиатура СМУКсоответствует названиям этих цветов в английском написании (Cyan,Magenta, Yellow), а буква К означает дополнительный черный цвет. Когдаэти три цвета смешаны в равных количествах, то в результате получаетсячерный цвет, потому что все цвета вычитаются. Данное пространствоиспользуется в некоторых высококачественных камерах, во всех принтерах ив полиграфической промышленности. Если изображения в пространствеСМУК нужно показать на экране, то сначала его нужно преобразовать вRGB, хотя при этом вносится некоторая цветовая погрешность. Нараспечатке каждый пиксел формируется из точек голубых, красных, желтыхи черных чернил. B тех местах, где эти точки перекрываются, образуютсядругие цвета.Способы получения цветного изображения.Датчики изображения записывают только черно-белые сигналы изшкалы серого, которая представляет собой 256 тонов от чисто белого дочисто черного.

Пример шкалы серого показан на рис. 2.9.Рис. 2.9. Шкала яркости (диапазон тонов от чисто белого до чисточерного)Существует несколько способов получения цветного изображения изчерно-белых сигналов:на всех фотоячейках ФПМ устанавливаются цветные фильтрытак, чтобы за одну экспозицию снять все три цвета;перед ФПМ устанавливается один фильтр на всю матрицу так,чтобы за одну экспозицию снять одну цветовую составляющую изображения.Такая съемка производится трижды с разными цветовыми фильтрами.

Приэтом нельзя снимать подвижные объекты в цвете;один датчик используется для съемки цветовой информации(обычно оборудуемый фильтрами для красного и синего цвета), а второйдатчик - для съемки яркостной картины (тот, который снимает в зеленомсвете);используются три полнокадровых датчика изображения. Каждыйиз них покрыт фильтром, чтобы сделать датчик чувствительным только ккрасному, зеленому или синему. Светоделительная пластина внутри камерыделит поступающие изображения на три копии; каждая проецируется на одиниз датчиков. Такая конструкция формирует изображения с высокимразрешением и превосходной цветопередачей;в сканере с однострочной ФПМ сканирование проводят трижды,каждый раз помещая различные цветные фильтры поверх ФПМ;в сканере с трехстрочной ФПМ поверх каждой строкиукрепляется свой цветофильтр. Сканирование проводится 1 раз.Интерполяция цвета.Если осуществляют три отдельные экспозиции через различныефильтры, то каждыйпиксел каждый раз записывает свой цвет визображении, и эти три файла сливаются, чтобы сформировать полноцветноеизображение.

Однако, когда используются три отдельных датчика или когдамаленькие фильтры помещены непосредственно перед отдельными ячейкамидатчика, оптическая разрешающая способность датчика уменьшается натреть. Это происходит потому, что каждая из фотоячеек записывает толькоодин из этих трех цветов.Каждая ячейка хранит снятый цвет в виде 8, 10 или 12-битовыхзначений. Чтобы создать 24, 30 или 36-битовое полноцветное изображение,применяется интерполяция. Для интерполяции используются цвета соседнихпикселов.

При этом могут учитываться от 2 до 54 смежных пикселов. Цветинтерполируемого пиксела определяется как среднее значение смежныхпикселов.Цветовые каналы.Каждый из цветов в изображении может управляться независимоотдельной схемой, которая называется цветовым каналом. Если 8-битовыйцветовой канал используется для каждого цвета в пикселе (красный, зеленыйи синий), то эти три канала можно использовать для формирования 24битовою цвета.Цветовая пикселизация.Приинтерполяциидолжнобытьдостаточноинформациивокружающих пикселах, чтобы добавить цветовую информацию. Такоебывает не всегда. В датчиках изображения с низкой разрешающейспособностью возникает проблема, называемая цветовой пикселизацией.

Онапроисходит, когда размер светового пятна в оригинальной сцене настолькомал, что для его съемки достаточно одного или двух пикселов. Окружающиепикселы не содержат достоверной цветовой информации о пикселе,поскольку цвет этого пятна характеризует точку, цвет которой не связан сцветомокружающейчастиизображения.Другойформойцветовойпикселизации является цветная окантовка, окружающая четко определенныеобъекты.Цветовая глубина.Сколько цветов находится в изображении или сколько цветов можетотображатьсистема,определяетсяцветовойглубиной.Современныекомпьютеры имеют в своем составе видеокарту и монитор, которыепозволяют отображать "24-битовый истинный цвет".

При этом отображаются16 млн. цветов, которые может различать человеческий глаз. В табл. 2.3приведены различные цветовые глубины.Цветовая глубина некоторых камер и сканеров превышает 24 бита напиксел, необходимые для воспроизведения истинного цвета.Таблица 2.3. Количество цветов, фиксируемых или отображаемых водном пикселеЧисло битовКоличествна 1 пиксело цветовЦветовая системаЧерно-белая12Цветной дисплей Windows416Шкала серого из 256 оттенков8256Цветная шкала из 256 цветов8256Высококачественноецветовоспроизведение1665 000Истинный цвет2416 000 000Суперцвет32Дополнительныебитыиспользуются,000чтобы4 096 000улучшитьцветвпервоначальном изображении, а в процессе обработки его цветовая глубинадоводится до 24 битов.2.1.5.

Характеристики

Список файлов лекций