Особенности работы камер семейства "ВИДЕОСКАН"(VS-CTT) с цветными матрицами : НПК ВИДЕОСКАН

Особенности работы камер семейства "ВИДЕОСКАН"(VS-CTT) с цветными матрицами

Выпускаемые цветные камеры и основные их отличия от монохромных.

Мы выпускаем 3 типа камер семейства "ВИДЕОСКАН", с цветными матрицами. Ниже представлена информация, которая дает основные понятия, как работать с цветными камерами.

Необходимо знать, что цветные камеры имеют разрешение по яркостному сигналу в 1.5 раза хуже, чем монохромные. Кроме этого чувствительность цветных камер в 4-6 раз хуже, чем у их монохромных аналогов.

Цветовое декодирование

Перед каждым пикселем цветной матрицы находится световой фильтр, который обеспечивает чувствительность <своего> пикселя только к одному цвету - красному, зеленому или синему. Расположение фильтров на матрице пикселей показано на Рис 1. Такой формат расположения цветных фильтров называется RGGB.

Рис 1.Расположение цветных пикселей на матрице (формат RGGB).

Для получения цветного изображения надо произвести преобразование исходной матрицы RGGB в RGB матрицу, в которой для каждого пикселя вычисляется его яркость в каждом цвете. Это преобразование называется RGGB-RGB.

С камеры, на контроллер ввода изображения VS2001 поступают данные в формате RGGB. Далее у пользователя есть выбор - производить это преобразование с помощью собственного программного обеспечения или с помощью библиотеки функций системы.

RGGB-RGB преобразование с использованием ПО пользователя.

Для того, чтобы пользователь мог самостоятельно рассчитывать цвета пикселей он должен обращаться к камере как к соответствующей черно-белой.

Использование этого метода следует производить, если необходимо использовать 10-ти битный данные от АЦП или если необходимо минимизировать поток данных передаваемого с контроллера VS2001 в компьютер (массив с данными RGGB матрицы имеет в 3 раза меньший размер, чем соответствующий массив RGB).

Вычисление цвета каждого пикселя можно производить разными методами, например:

R₂₂=(R₁₁+R₃₁+ R₃₁+ R₃₁)/4
G₂₂=(G₁₂+G₂₁+ G₃₂+ G₂₃)/4
B₂₂=B₂₂

R₂₃=(R₁₃+R₃₃)/2
G₂₃=G₂₃
B₂₃=(B₂₂+B₂₄)/2

R₃₂=(R₃₁+R₃₃)/2
G₃₂=G₃₂
B₃₂=(B₂₂+B₄₂)/2

RGGB-RGB преобразование с помощью библиотеки функций.

При выборе этого варианта, RGGB-RGB преобразование производится контроллером VS2001 аппаратно. Алгоритмы преобразования изложены в описании библиотеки функций.

При работе с функциями библиотеки следует учитывать, что:

после преобразования объем данных возрастает в 3 раза по сравнению с исходной RGGB матрицей;
преобразователь работает только с 8-ми разрядными исходными данными.

ИК отрезающий фильтр.

Все пиксели матрицы имеют чувствительность в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне (от 0.7 до 1 мкм). Поэтому для правильной цветопередачи на камеру устанавливается ИК-отрезающий фильтр. Спектральная характеристика этого фильтра показана на Рис 2

Рис 2. Спектральная характеристика ИК-отрезающего фильтра

Построение измерительных систем на базе цветной системы ввода изображения.

Следует отметить, что использование цветных камер имеет одну особенность - для получения красивых (на глаз) изображений приходится использовать дополнительную обработку полученных изображений:

баланс белого;
вычитание начального уровня черного;
гамма коррекцию.

При этой обработке истинные яркости цветов теряются. Так, что если Вы собираетесь использовать систему ввода изображения как измерительную (для анализа яркости цветов), то все эти преобразования использовать не надо.

Ниже представлены изображения, полученные камерой VS-CTT-205/C-2001 и различные стадии его обработки.

	Рис 3. Исходное изображение. Проведено преобразование RGGB->RGB. В исходном изображении много зеленого цвета, и мало голубого. Это связано, как с спектральной чувствительностью матрицы, так и с спектральным составом освещения объекта съемки.
	Рис 4. Баланс белого+ вычитание начального уровня черного. Баланс белого позволяет компенсировать недостаток одного цвета и избыток другого. Вычитание начального уровня черного означает, что из видеоданных вычтено значение уровня черного (в видеосигнале камер всегда присутствует отличное от нуля значение уровня черного).
	Рис 5. Баланс белого + вычитание подставки + гамма коррекция.