Introduzione
Le variazioni di luminosità sull’intera inquadratura dell’immagine sono comuni nei sistemi per l’elaborazione dell’immagine. Le motivazioni sono molteplici. Una distribuzione disomogenea della luminosità influisce negativamente sugli algoritmi, quali il riconoscimento dell’oggetto o la lettura dei codici, che eseguono determinati task nel sistema per l’elaborazione dell’immagine.
“La correzione Flat-Field è una procedura per il miglioramento della qualità nell’elaborazione digitale delle immagini. L’obiettivo consiste nel rimuovere gli artefatti delle immagini 2D causati dalle variazioni nella sensibilità pixel-pixel del rilevatore e/o dalle distorsioni nel percorso ottico. Si tratta di una procedura di taratura standard in tutti i settori, dalle telecamere digitali tascabili ai telescopi giganteschi. Per Flat Fielding si intende il processo di compensazione di diverse amplificazioni e correnti oscure in un rilevatore. Se un rilevatore è adeguatamente tarato, un segnale uniforme genera un’immagine di partenza uniforme (anche un campo piatto). Ciò significa che ogni altro segnale è riconducibile al fenomeno riconosciuto e non a un errore sistematico.”
Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Flat-field_correction [05.06.2018]
Osservare i limiti degli algoritmi. Le differenze di luminosità in un’immagine superiori al 25% fino al 30% indicano una scelta sbagliata dei componenti. Occorrerebbe quindi considerare la sostituzione dei componenti di sistema poiché l’algoritmo probabilmente non restituisce i risultati previsti.
Fase 1: taratura dell’immagine
Nota
Per ottenere i migliori risultati occorre eseguire le misurazioni nel reale ambiente del sistema per l’elaborazione dell’immagine. Tenere presente che è possibile ridurre solo gli effetti statici. Sostituendo anche lente, diaframma o sorgente luminosa, occorre procedere alla nuova taratura del sistema.
Dopo aver regolato il sistema per l’elaborazione dell’immagine e configurato le impostazioni desiderate per diaframma e tempo di esposizione, seguire l’esempio per creare due record di dati: uno per l’immagine più scura (campo scuro) e uno per quella più chiara (campo chiaro).
Nell’esempio vengono acquisite diverse immagini per ogni record di dati e successivamente viene generato il valore medio per ridurre il rumore del sensore. Queste immagini medie forniscono i dati necessari per il calcolo della correzione dell’immagine.
Per la taratura è necessaria una superficie bianca e pulita (es. un foglio di carta bianco), eventuali artefatti (quali sporcizia o addirittura la texture della carta) possono essere visibili dopo la taratura. La superficie bianca deve coprire l’intera superficie da tarare. L’ideale sarebbe un target di prova tarato ma non è obbligatorio.
Regolazione del sistema per l’elaborazione dell’immagine
- Regolare il sistema per l’elaborazione dell’immagine con telecamera, lente e sorgenti luminose sull’applicazione.
- Configurare il tempo di esposizione, il diaframma e l’intensità delle sorgenti luminose in base all’applicazione.
- Stabilire un tempo di esposizione ben definito per non soprassaturare l’immagine. Tale configurazione può essere eseguita con Baumer Camera Explorer (visualizzazione istogramma, F7). Per minimizzare il rumore, verificare inoltre che l’amplificazione dell’immagine sia impostata al valore minimo possibile.
Regolazione del campo scuro
Tale fase è opzionale per ottenere una correzione Flat-Field completa. È possibile saltare questa fase se risulta necessaria solo una correzione Shading. Tale taratura è necessaria solo una volta per ciascuna telecamera.
- Compilare ed avviare l’applicazione 016_FlatField_Calculation.cpp in un percorso idoneo.
- Durante la regolazione del campo scuro, il sensore della telecamera non deve essere illuminato. Tale condizione si ottiene coprendo la lente con l’apposito coperchio o rimuovendo la lente ed applicando il cappuccio di protezione fornito in dotazione.
- Avviare l’acquisizione del campo scuro premendo “D”.
- L’applicazione acquisisce alcune immagini e salva i dati di riferimento calcolati come Raw Image (dark_field_reference.brw) nella cartella di esempio. I file .brw possono essere aperti in Baumer Camera Explorer.
- Un messaggio segnalerà la corretta esecuzione della taratura e dei calcoli. Nel caso di un messaggio di errore, verificare nuovamente le impostazioni del sistema per l’elaborazione dell’immagine e ripetere la procedura.
Regolazione del campo chiaro
- Ora occorre regolare il campo scuro. Rimuovere il coperchio della lente o riposizionare quest’ultima e inserire tutte le sorgenti luminose configurate.
- Se l’illuminazione del sistema è orientata verso la telecamera (es. per acquisire la forma 2D di un oggetto) rimuovere tutti gli oggetti dal campo visivo del sistema per l’elaborazione dell’immagine. In caso contrario, posizionare un foglio completamente bianco nel punto in cui si trova l’oggetto. Verificare che il foglio copra l’intero campo visivo.
- Riavviare l’esempio compilato e premere “L” per acquisire il campo chiaro.
- Anche in questo caso i dati di riferimento calcolati vengono salvati come Raw Image (light_reference.brw) nella cartella di esempio.
- Un messaggio segnalerà la corretta esecuzione della taratura e dei calcoli. Nel caso di un messaggio di errore, verificare nuovamente le impostazioni del sistema per l’elaborazione dell’immagine e ripetere la procedura.
- Le due immagini di riferimento consentono di correggere le immagini acquisite dal sistema per l’elaborazione dell’immagine.
Nota
Utilizzando target non ideali (es. carta) è possibile che le strutture o gli imbrattamenti del target si delineino nell’immagine corretta. In questo caso è possibile utilizzare i filtri Median e Box offerti da Baumer GAPI per ridurre gli artefatti indesiderati sull’immagine corretta. I filtri devono essere utilizzati solo in caso di emergenza poiché possono influenzare negativamente la correzione Shading.
Esempio per l’utilizzo dei filtri:
bo_uint r = m_pShading->GetFilter(BGAPI2::Ext::Sc::Shading::BoxFilter, true);
bo_uint rMin = m_pShading->GetFilterMin(BGAPI2::Ext::Sc::Shading::BoxFilter, true);
bo_uint rMax = m_pShading->GetFilterMax(BGAPI2::Ext::Sc::Shading::BoxFilter, true);
// Set median-filter radius for light reference
m_pShading->SetFilter(BGAPI2::Ext::Sc::Shading::MedianFilter, true, 1);
// Set box-filter radius for light reference
m_pShading->SetFilter(BGAPI2::Ext::Sc::Shading::BoxFilter, true, 2);
Fase 2: correzione dell’immagine
Le misurazioni eseguite nella fase 1 possono essere utilizzate per la correzione delle immagini acquisite. Solitamente tale correzione viene integrata nell’applicazione di elaborazione delle immagini; l’esempio mostra la procedura da seguire.
I dati calcolati consentono due tipi diversi di correzione dell’immagine. Indicando un campo scuro e uno chiaro viene calcolata la correzione Flat-Field. Utilizzare solo il riferimento della luce, la correzione Shading viene calcolata.
- Regolare il sistema per l’elaborazione dell’immagine come previsto e posizionare l’oggetto come desiderato.
- Compilare ed avviare la funzione applicativa 017_FlatField_Correction.cpp in un percorso idoneo.
- Verificare che i riferimenti dark_field_reference.brw e light_reference.brw siano presenti nella cartella di esempio.
- Premere un tasto qualsiasi per avviare l’acquisizione.
- L’esempio acquisisce un’immagine che viene salvata sia in originale sia in versione corretta nella cartella di esempio con il nome imageSample.brw. I file .brw possono essere aperti e convertiti con Baumer Camera Explorer.
Supporto
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