kontakt kamery@atesystem.cz
kontakt +420 595 170 472

17. prosinec 2014

Hardwarové vylepšení obrazu na kamerách Basler dart

Vytvořil:

ATEsystem s.r.o.

Kamery Basler dart nabízejí některá vylepšení, která nejsou v jiných kamerách obvyklá. Podívejme se na některá z nich: Barevný antialiasing, vylepšená debayerizace, odstranění šumu, zvýšení ostrosti.

Kamera Basler dart pro USB3 VisionKamery Basler dart nabízejí některá vylepšení, která nejsou v jiných kamerách obvyklá. Podívejme se na některá z nich:

  • Barevný antialiasing
  • Vylepšená debayerizace
  • Odstranění šumu
  • Zvýšení ostrosti

Tip: podívejte se také na náš článek Kamery pro bezpilotní letouny a drony.

Antialiasing

Co je aliasing v obraze? Zjednodušeně řečeno je to jev, který vzniká v případě, že rozlišení kamery není dostatečné pro zobrazení jemných detailů. Na obrázku níže vidíme případ, kdy na laťkách plotu vznikají falešné barevné přechody právě vlivem podvzorkování.

Příklad aliasingu v obraze

Obecně platí, že rozlišení kamery má být alespoň 2x vyšší, než je nejmenší detail, který chceme zobrazit. V praxi je však lépe mít alespoň 5x vyšší rozlišení pro snadnější zpracování obrazu počítačem.

U barevných obrázků je situace o to složitější, že jeden pixel na kameře je částečně dopočítáván z okolních barevných pixelů. Ještě o tom bude řeč u de-bayerizace.

Kamery Basler dart proto nabízejí funkci, která odstraní aliasing z barevného obrazu a zlepší tak čitelnost a kvalitu obrazové informace (klikněte pro zvětšení):

Vylepšený obraz v kameře dart

Vylepšená debayerizace

Nejprve si musíme něco říci o tom, jak kamera zpracovává barevný obraz.

V černobílé kameře s rozlišením Full HD je CCD nebo CMOS snímač se dvěma miliony pixelů (světlocitlivých buněk). Černobílá kamera nám snímá pouze úroveň jasu a nepotřebujeme tedy rozlišení barev.

Barevný senzor musí ovšem zajistit snímání tří základních barevných složek: modré, zelené a červené. Když se podíváme blíže na barevný Full HD čip, zjistíme, že je tvořen stejným počtem pixelů jako černobílá kamera a pixely jsou střídavě pokryty mikrofiltry, které propouštějí jednotlivé barevné složky.

Bayerova maska na CCD senzoru (Zdroj: wikipedia.org)

(Zdroj obrázku: wikipedia)

V každém pixelu tedy známe pouze jednu barevnou složku. Abychom dostali barevný obraz v plném rozlišení, musíme v každém pixelu dopočítat chybějící barvy z okolních pixelů. Nejjednodušším způsobem interpolace je průměrování, ale každý výrobce používá svůj systém výpočtu. Výše zobrazený filtr se nazývá Bayerova maska a procesu interpolace barev debayerizace. Tu provádí automaticky buď kamera v interním FPGA, nebo ovladač kamery na straně PC.

Tvorba barev u 1CCD barevné kamery

Výsledkem této operace je mírně snížený kontrast obrazu ve srovnání s černobílou kamerou a barevné artefakty v obraze (viz barevné orámování písmen):

Formát Bayer 8

Proto Basler provádí vylepšenou debayerizaci přímo v FPGA na kameře. Společně s antialiasingem je výsledkem ostrý obraz bez artefaktů:

Formát RGB8

Odstranění šumu

Pokud na kameře chceme zvýšit její citlivost a nechceme prodlužovat dobu expozice, použijeme funkci zesílení (Gain). Je to v podstatě ekvivalent nastavení ISO citlivosti u fotoaparátu. Ovšem se zesílením užitečného obrazového signálu si zesílíme také šum. Kamery Basler dart mají nastavenou funkci omezení šumu. Stupeň „odšumování“ je přímo závislý na velikosti zesílení a je prováděno automaticky. Výsledkem je kvalitní obraz i při zhoršených světelných podmínkách:

Odstranění šumu

Zvýšení ostrosti

V některých aplikacích může být požadavkem dodatečné zvýšení ostrosti obrazu. V kamerách je tak možné dodatečně korigovat například nedostatečné rozlišení objektivu:

Svýšení ostrosti

Všechny výše uvedené funkce provádí kamera v sobě, nejsou tedy prováděny na straně počítače a ten pak má více strojového času pro provádění jiných operací. Zvláště vhodné je to u vestavných počítačů s omezeným výpočetním výkonem. Pokud si však uživatel nadále přeje dostávat z kamery obraz v „surovém“ formátu, může níže uvedené funkce jednoduše vypnout a přenášet obraz v 8-bitovém nebo 12-bitovém formátu.

Firma ATEsystem s.r.o. je oficiálním distributorem kamer Basler. Prezentace kamer, možnosti zapůjčení a provádění testů je u nás zdarma. Pro více informací nás prosím kontaktujte.

Logo
Top