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1、精选优质文档-倾情为你奉上CIS相机为何要做黑白校正1 CIS相机为何要做黑白校正实用的黑白CIS相机，由于受到诸如光源的不均匀性、光敏单元本身响应差异、暗电流及偏置等因素的影响，对于一个灰度均匀的目标，可能会输出强度不均匀的图像，这将对后续图像处理中的目标特征提取及测量不利。2 黑白场标定在确定黑白场时，需注意图像的黑场要有足够的密度，网点百分比在95以上，应该是图像中最黑的地方；白场要接近于绝网，网点百分比在5以下，是图像中最白的地方。一旦图像上选定某点作为黑白场，那么图像上其它的像素点的亮度都会相对该点做相应的改变。如果选定图像上a点做白场，原来亮度比a高的点的网点百分比为0，层次消失，
2、亮度比a点低的点会相对a点提高亮度。如果选定图像上的b点做黑场，原来亮度比b点低的点的网点百分比为100，而亮度比b点高的点会相对b点降低亮度。由此可见，如果图像的黑白场选得不恰当，那么整个图像就会发生亮度和颜色的变化。以一幅穿白色纱裙的女子为例，如果在她头戴的纱巾上选择一点作为白点，该点的网点百分比C27M18Y4K0。从它的网点百分比可以看出，该点不是图像上的最亮点，含有较多的灰色成分，因此比该点亮度高的裙子的网点百分比为0，成为一片白色，层次丢失，同时人物脸上的层次也有所损失，如果在她胸部的白色纱裙上选择一点作为白场，把该点的网点百分比CllM1Y2K0和图像上其它的像素点相比知道，此点
3、基本上是图像上的最白点，因此图像整体亮度相对此点变化不大，亮度只有稍微的提高。裙子和脸部的层次也没有损失，过渡很自然，并且由于脸部的亮度提高，使得人物的肤色更加白皙、细嫩。3 CIS相机的黑白校正针对上述问题，本文对影响黑白CIS平场的因素进行了分析，并提出了一种通过获取暗本底图像数组及标准白图像数组对图像进行校正的方法。实验表明，该方法能够取得理想的效果。理想的黑白CIS相机可看作一个理想系统，其阵列上各个光敏单元在完全相同的照射条件下，应当产生相同的输出电荷，即输出强度均匀的图像。而实用的CIS相机并非是理想系统，对于一个具体目标而言，黑白CIS相机输出的图像中包括了以下3个部分：偏置图像
4、：即使曝光时间为0，仍然会有的一个本底图像输出，记作。暗场图像：即使没有光照，仍然会有的一个随时间增强的暗场图像输出，记作。目标图像：由被测目标产生的光电子像，记作。即：对于一个灰度均匀的目标，其真实灰度值为一常数，以Gray表示。由于偏置和暗场的影响，CIS相机实际输出的可能是一个强度不均匀的目标图像，记作，不均匀的程度与CIS的性能有关。在完全相同的条件下，相机采集某一目标的图像，其输出为，如果希望将其恢复成一个通过理想系统所成的像，则：上述过程即为对CIS相机进行平场校正的过程。本文针对影响黑白CIS相机平场的因素进行了分析，并提出了实用有效的校正方法。3.1 平场影响因素分析影响黑白C
5、IS平场的主要因素包括：光敏单元的响应差异、光源的不均匀性和各光敏单元的暗电流及偏置。3.1.1CIS光敏单元的响应差异CIS相机各光敏单元在量子效率、受光面积等方面不尽相同，使得对于相同条件下的入射光得到不同的输出电荷，如式(1)和式(2)所示。式中：为光敏单元的量子效率；q为电子电荷量；为光敏单元的受光面积；为光谱辐射量度；为光子流速率(光强)；T表示注入时间(又称积分时间)。在图像获取过程中，对于CIS阵列的各个光敏单元，其注入时间T及电子电荷量q可看作是完全相同的，故可用常数kc代替，。将光敏单元量子效率与受光面积的乘积用表示。则式(1)变为由式(3)可知，对于不同的光敏单元，由于量子
6、效率和受光面积的影响，相同的光强将会得到不同的输出电荷。3.1.2光源的不均匀性影响光源射出的光线经过目标表面反射后进入CIS相机进行成像。由于光源本身也存在不均匀性，即使目标的灰度特性是完全相同的，经过反射后进入CIS相机所形成的光强度也并不完全一致。目标的灰度特性、入射光强度、反射光强度三者关系可用近似表示为式中: 为反射光线强度,亦即式(3)中射入CIS的光子流速率；为照射在目标上的入射光线强度；为目标灰度特性；Mc为常系数。可见，由于入射光强的不均匀性，直接导致进入CIS相机的反射光线强度呈非均匀性。3.1.3 CIS光敏单元暗电流及偏置的影响由于CIS相机的电容未饱和，即使没有入射光
7、进入，CIS也会有暗电流及偏置存在，图1给出的是在没有入射光的情况下得到的暗场和偏置图像某一行的输出情况。暗场及偏置存在的程度与相机本身的质量及性能有关，但几乎所有的CIS相机都存在这一现象。图1 CIS某行光敏单元输出的暗场加偏置图像暗场及偏置与CIS相机光敏单元的输出电荷及CIS最终输出信号之间的关系为式中：为CIS相机对应的某一光敏单元的输出信号(即灰度值)；Yc为相机的模/数转换系数，可视作常数；为此光敏单元的输出电荷，亦即式(3)中输出电荷量；为其暗电流强度；T为相机的积分时间，各光敏单元一致；为该光敏单元的偏置。3.2 CIS相机平场校正方法将式(3)、式(4)代入式(5)中,得到
8、则式(6)可改写为由此,CIS相机平场校正的步骤如下：获取暗本底图像值。方法是：关闭CIS相机的光圈，采集暗本底图像(为更好避免噪声,可采取多幅平均的方法)，将暗本底图像的灰度值保存在与图像排列方式相同数组中。其对应式(7)中的部分。在正常使用条件下，获取标准白平衡纸(卡)的图像，并将该图像的灰度值保存在与图像排列方式相同数组中。需注意的是，白平衡纸(卡)图像不能存在过饱和的像素，即。对实际图像进行平场校正。在正常使用条件下，获取实际图像，得到对应的实际图像，存入数组中，根据式(7)有上式可简记为 式中: 为实际图像经平场校正后得到的相对灰度数组； 为白平衡(卡)的灰度特性数组，可定为常数，本
9、文设定为240，实用中视具体情况可做调整。由于获取数组Matb和Mats的外部条件相同，故系数数组X与光源照射强度数组是相同的，可约去，则式(8)可改为由于数组Matb、Mata和Mats为已知，为常数,可计算出。为了方便计算，式(9)可改写为式中: 上述平场校正过程的流程如图2所示。图2 CIS相机平场校正流程图3.3实验为了验证平场校正方法的有效性，实验中采用灰度一致的标准色卡作为反光均匀的目标。在一定实验条件下获取目标灰度图像，由于上述分析的各种因素影响，使得标准灰度色卡图像象素的灰度值存在较大差异，如图3所示。对该图像进行平场校正处理后，可得到较好的平场结果，如图4所示。灰度输出基本一
10、致，图像的灰度值均匀。图3 标准灰度色卡图像灰度值的三维显示图4 平场校正后图像灰度值的三维显示为了直观地验证校正结果，从该图像某随机行的某点开始,以100个像素为间隔提取出21个像素点，对应的各相关参数值(式(10)中的各参数)如表1所示。图5为某行像素平场校正前后灰度值分布曲线图。由图中可以直观地看出，图像经过平场校正后，灰度值分布曲线变化平缓，图像灰度值均匀。图5 某行像素平场校正前后灰度值分布曲线图表1 标准灰度色卡图像中某行部分像素的相关参数值对照表MatcMataMats1. 3772070451. 3872068451. 5562067451. 6472067441. 6152067441. 7852067451. 7292167451. 7962066451. 7662066451. 8882068452. 0122069451. 9202071461. 8972073461. 8672074461. 8882076462. 1152079462. 0122082451. 9652086452. 0632091461. 9202098471. 89720104464 结论研究与实验表明，对实际获得的目标图像进行有效的平场处理可得到较为理想的输出结果。该方法可广泛应用于机器视觉测量系统，可使得背景图像均匀，利于后续的目标特征检测。专心-专注-专业
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