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  4. Shading-Korrektur

Einleitung

Helligkeitsschwankungen über den gesamten Bildausschnitt sind nicht ungewöhnlich bei Bildverarbeitungssystemen. Dafür gibt es verschiedene Gründe. Eine inhomogene Helligkeitsverteilung wirkt sich jedoch negativ auf Algorithmen wie Objekterkennung oder das Lesen von Codes aus, die im Bildverarbeitungssystem bestimmte Aufgaben übernehmen.

"Die Flat-Field-Korrektur ist ein Verfahren zur Qualitätsverbesserung in der digitalen Bildverarbeitung. Ziel ist es, Artefakte aus 2D-Bildern zu entfernen, die durch Schwankungen in der Pixel-zu-Pixel-Empfindlichkeit des Detektors und/oder durch Verzerrungen im optischen Pfad verursacht werden. Es ist ein Standard-Kalibrierungsverfahren in allen Bereichen, von Taschen-Digitalkameras bis hin zu riesigen Teleskopen. Unter Flat Fielding versteht man den Prozess der Kompensation von unterschiedlichen Verstärkungen und Dunkelströmen in einem Detektor. Ist ein Detektor entsprechend kalibiriert, erzeugt ein gleichmäßiges Signal einen gleichmäßigen Ausgangsbild (also ein flaches Feld). Das bedeutet, dass jedes weitere Signal auf das erkannte Phänomen zurückzuführen ist und nicht auf einen systematischen Fehler."

Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Flat-field_correction [05.06.2018]

VT_Original_Bildkorrektur.png
Original und Bildkorrektur

Beachten Sie die Grenzen der Algorithmen. Helligkeitsunterschiede in einem Bild von mehr als 25 % bis 30 % deutet auf eine fehlerhafte Auswahl der Komponenten hin. Sie sollten daher einen Wechsel der Systemkomponenten in Betracht ziehen, da der Algorithmus möglicherweise nicht die erwarteten Ergebnisse liefert.

Schritt 1: Bildkalibrierung

Hinweis

Für beste Ergebnisse sollte die Messungen in der realen Umgebung des Bildverarbeitungssystems durchgeführt werden. Bitte berücksichtigen Sie, dass nur statische Effekte reduziert werden können. Wenn Sie also Objektiv, Blende oder Lichtquelle wechseln müssen Sie das System neu kalibrieren.

 

Nachdem Sie Ihr Bildverarbeitungssystem eingerichtet und die gewünschten Einstellungen für Blende und Belichtungszeit konfiguriert haben, führt Sie das Beispiel, um zwei Datensätze zu erzeugen: jeweils einen für das dunkelste Bild (Dunkelfeld) und für das hellste Bild (Hellfeld).

Im Beispiel werden für jeden Datensatzmehrere Bilder aufgenommen und anschliessend der Mittelwert gebildet, um das Sensorrauschen zu reduzieren. Diese gemittelten Bilder liefern die notwendigen Daten für die Berechnung der Bildkorrektur.

Für die Kalibrierung benötigen Sie eine saubere und weisse Fläche (z. B. ein weisses Blatt Papier), eventuelle Artefakte (wie Schmutz oder sogar die Textur des Papiers) können nach der Kalibrierung sichtbar sein! Die weisse Fläche muss die gesamte zu kalibrierende Oberfläche abdecken. Ideal wäre ein kalibriertes Test-Target, ist aber nicht zwingend erforderlich.

 

Einrichten des Bildvearbeitungssystems
Einrichten des Dunkelfelds

Dieser Schritt ist optional, um eine vollständige Flat-Field-Korrektur zu erreichen. Wenn Sie nur eine Shading-Korrektur benötigen, können Sie diesen Schritt überspringen. Diese Kalibrierung ist für die jeweilige Kamera nur einmal erforderlich.

 

Einrichten des Hellfelds

Hinweis

Bei Verwendung von nicht idealen Targets (z.B: Papier) ist es möglich, dass sich Strukturen oder Verschmutzungen des Targets im korrigierten Bild abzeichnen. In diesem Fall können die von der Baumer GAPI angebotenen Median- und Box-Filter helfen ungewünschte Artefakte auf dem korrigierten Bild zu reduzieren. Der Einsatz von Filtern sollte nur im Notfall erfolgen da diese die Shading-Korrektur negativ beeinflussen.

Beispiel für die Filternutzung:

    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);

Schritt 2: Bildkorrektur

Die in Schritt 1 durchgeführten Messungen  können nun zur Korrektur der aufgenommenen Bilder verwendet werden. Üblicherweise wird diese Korrektur in die bildverarbeitende Anwendung integriert; das Beispiel zeigt Ihnen, was dafür zu tun ist.

Die  berechneten Daten ermöglichen zwei verschiedene Arten der Bildkorrektur. Bei Angabe eines Dunkelfeldes und eines Hellfeldes wird die Flat-Field-Korrektur berechnet. Nutzen Sie nur die Lichtreferenz, wird die Shading-Korrektur berechnet.
 

Support

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