色彩和镜头均匀性校正 | 介绍 “Shading” 一词描述了并非源自捕获场景的、从传感器中心到角落的光衰减或颜色变化。换句话说，Shading 是图像亮度从中心到角落的降低。有时，成像区域的颜色也会发生变化，尤其是在配备小型传感器的相机中。总的来说，Shading 通过产生不需要的暗边或阴影边缘来影响图像质量。Shading 的背景 在可视化相机系统的 Shading 时，最简单的方法是捕获一张平场图像，即一张均匀照明的白纸照片，或一张均匀漫射光源的照片，例如积分球的开口。光学系统具有的最小 Shading 是光度学中描述的余弦定律。系统的光学设计可以增加它。渐晕可能由于镜头或其他物体的物理限制而发生，例如不正确的滤镜或错误的遮光罩。Shading 的类型 ISO 17957 将 Shading 分为两大类进行测量。1 第一类是 Luminance Shading，标准将其定义为图像区域内 Luminance 信号分量的变化。第二类是 Color Shading，即图像区域内色度信号分量的变化。Luminance Shading Luminance（也称为亮度）Shading 可以根据 Shading 发生的位置分为几个不同的组。图 1：显示从中心到角落的 Luminance Shading 的典型测试图像。自然 Shading（cos4 定律） 自然 Shading 是指图像中心到角落的光线衰减。这种 Shading 简单地由几何形状引起。图 1：自然 Shading 的几何解释。图 1 说明距离 (D2) 是 D1 乘以 cos δ。最好将 D2 和 D1 视为二维（或者说是面积而不是尺寸），因此从 D2 向镜头移动的能量是 D1 乘以 (cos δ)2 的能量。现在，在镜头的入射侧也有相同的情况，因为镜头传输的能量是 D2 乘以 (cos δ)2。这两个区域共同产生了 cos4 定律：E(P2) = E(P1) * (cos δ)4 图像中自然 Shading 的最大值由相机的 FOV 决定。例如，广角图像比长焦图像包含更多的自然 Shading。机械 Shading 或渐晕 Luminance Shading 的另一个部分称为机械 Shading 或渐晕。这种 Shading 的原因是镜头卡口或其他附件，如遮光罩。它通常取决于光圈或 f 值，较小的光圈通常显示出较低的机械 Shading。图 2：机械 Shading 的解释。图 2：光圈打开和关闭时的机械 Shading。测量 Luminance Shading 测量 Luminance Shading 时，ISO 17957 使用两个相关公式区分 CIELAB 的“亮度不均匀性”方法和 X, Y, Z 的“Luminance 不均匀性”方法。该标准详细描述了测量方法。亮度 Shading：Luminance Shading：通过 Luminance Shading 的测量结果，可以计算多项式拟合，并用于提亮角落以补偿 Shading。因此，在相机成像流水线或原始图像处理过程中可以补偿适度的 Shading 水平。图 3：iQ-Analyzer 的 Luminance Shading 测量结果。Color Shading Color Shading（或颜色不均匀性）通常描述图像从中心到角落的颜色偏移。这种类型的 Shading 通常发生在配备小型传感器的相机所捕获的图像中。Color Shading 有多种原因，包括两种最常见的类型：离轴像素串扰和 IR-cut filter 透射率。图 4：一个 Color Shading 示例，显示中心有一个洋红色斑点，角落呈绿色。像素串扰 Color Shading 离轴像素串扰描述了像素之间空间变化（串扰）的增加。非近远心设计的镜头通常会发生像素串扰 Shading。图 5：由于像素串扰，传感器收集的光线随入射角的变化而变化。IR-cut filter 随着入射角的增加，IR-cut filter 的透射率会向较短波长偏移。如果光源包含大量 IR 辐射（如自然阳光或白炽灯），IR-cut filter 偏移对图像的影响更大。荧光灯管或 LED 由于其光谱中缺乏 IR 成分，因此不常显示这种现象。图 7：左侧的 Test Chart 图像是在与 D55 光谱（阳光）匹配的光源下拍摄的，显示边缘有明显的 Color Shading。右侧的同一 Test Chart 图像是在模拟 D55 的荧光灯管（无 IR）下拍摄的，没有显示 Color Shading。测量 Color Shading ISO 17957 概述了测量 Color Shading 的两个单独公式。第一个公式描述了色度不均匀性，并侧重于 a* 和 b* 通道之间的差异。第二个公式详细说明了总颜色不均匀性，其中考虑了亮度 L*。色度不均匀性 首先，通过使用块平均值 a* (i) 和 b* (i) 计算整个图像的总体平均值 (a*) ̅ 和 (b*) ̅，来分析色度不均匀性。m : 测量块的数量 使用以下公式计算第 i 块的色度偏差。色度不均匀性 Dc 定义为与以下公式的总体平均值的最大偏差。总颜色不均匀性 总颜色不均匀性的分析首先计算 L*(i)、a*(i) 和 b*(i) 的总体最大值和最小值。通过以下公式计算总颜色不均匀性 DTotal。结论 Shading 描述了图像亮度从中心到角落的降低，或成像区域的颜色变化，这通常发生在配备小型传感器的相机中。因此，Shading 通过产生不需要的暗边或阴影边缘来影响图像质量。在可视化相机系统的 Shading 时，最简单的方法是捕获一张平场图像，一张均匀照明的白纸照片，或一张均匀漫射光源的照片，例如积分球的开口。当我们在测试实验室中测试相机 Shading 时，我们严格遵循 ISO 17957 中提出的方法。我们发现使用哑光漫射图表为我们提供了最佳结果，可用于全面评估 Shading。
介绍
Shading 描述了图像亮度从传感器中心到角落的衰减或颜色变化，而这并非源于捕获的场景。换句话说，Shading 是图像亮度从中心到角落的降低。偶尔，成像区域的颜色也会发生变化，尤其是在配备小型传感器的相机中。总的来说，Shading 通过产生不必要的暗边或阴影边缘来影响图像质量。
Shading 的背景
在可视化相机系统的 Shading 时，最简单的方法是捕获一张平场图像，一张均匀照明的白纸照片，或一张均匀漫射光源的照片，例如积分球的开口。
光学系统具有的最小 Shading 是光度学中描述的余弦定律。系统的光学设计可以增加它。渐晕可能由于镜头或其他物体的物理限制而发生，例如不正确的滤镜或错误的遮光罩。
Shading 的类型
ISO 17957 将 Shading 分为两大类进行测量。1 第一类是 Luminance Shading，标准将其定义为图像区域内 Luminance 信号分量的变化。第二类是 Color Shading，即图像区域内色度信号分量的变化1。
Luminance Shading
Luminance（也称为亮度）Shading 可以根据 Shading 发生的位置分为几个不同的组。
图 1：显示从中心到角落的 Luminance Shading 的典型测试图像。
自然 Shading (cos4 定律)
自然 Shading 是指图像中心到角落的光线衰减。这种 Shading 简单地由几何形状引起。
图 1：自然 Shading 的几何解释。
图 1 说明距离 (D2) 是 D1 乘以 cos δ。最好将 D2 和 D1 视为二维（或者说是面积而不是尺寸），因此从 D2 向镜头移动的能量是 D1 乘以 (cos δ)2 的能量。现在，在镜头的入射侧也有相同的情况，因为镜头传输的能量是 D2 乘以 (cos δ)2。
这两个区域共同产生了 cos4 定律：
E(P2) = E(P1) * (cos δ)4
图像中自然 Shading 的最大值由相机的 FOV 决定。例如，广角图像比长焦图像包含更多的自然 Shading。
机械 Shading 或渐晕
Luminance Shading 的另一个部分称为机械 Shading 或渐晕。这种 Shading 的原因是镜头卡口或其他附件，如遮光罩。它通常取决于光圈或 f 值，较小的光圈通常显示出较低的机械 Shading。
图 2：机械 Shading 的解释。
图 2：光圈打开和关闭时的机械 Shading。
测量 Luminance Shading
在测量 Luminance Shading 时，ISO 17957 使用两个相关公式区分 CIELAB 的“亮度不均匀性”方法和 X, Y, Z 的“Luminance 不均匀性”方法。该标准详细描述了测量方法。
亮度 Shading:
Luminance Shading:
通过 Luminance Shading 的测量结果，可以计算多项式拟合，并用于提亮角落以补偿 Shading。因此，在相机成像流水线或原始图像处理过程中可以补偿适度的 Shading 水平。
图 3：iQ-Analyzer 的 Luminance Shading 测量结果。
Color Shading
Color Shading（或颜色不均匀性）通常描述图像从中心到角落的颜色偏移。这种类型的 Shading 通常发生在配备小型传感器的相机所捕获的图像中。Color Shading 有多种原因，包括两种最常见的类型：离轴像素串扰和 IR-cut filter 透射率。
图 4：一个 Color Shading 示例，显示中心有一个洋红色斑点，角落呈绿色。
像素串扰 Color Shading
离轴像素串扰描述了像素之间空间变化（串扰）的增加。非近远心设计的镜头通常会发生像素串扰 Shading。
图 5：由于像素串扰，传感器收集的光线随入射角的变化而变化。
IR-cut filter
随着入射角的增加，IR-cut filter 的透射率会向较短波长偏移。如果光源包含大量 IR 辐射（如自然阳光或白炽灯），IR-cut filter 偏移对图像的影响更大。荧光灯管或 LED 由于其光谱中缺乏 IR 成分，因此不常显示这种现象。
图 7：左侧的 Test Chart 图像是在与 D55 光谱（阳光）匹配的光源下拍摄的，显示边缘有明显的 Color Shading。右侧的同一 Test Chart 图像是在模拟 D55 的荧光灯管（无 IR）下拍摄的，没有显示 Color Shading。
测量 Color Shading
ISO 17957 概述了测量 Color Shading 的两个单独公式。第一个公式描述了色度不均匀性，并侧重于 a* 和 b* 通道之间的差异。第二个公式详细说明了总颜色不均匀性，其中考虑了亮度 L*。
色度不均匀性
色度不均匀性的分析首先通过使用块平均值 a* (i) 和 b* (i) 计算整个图像的总体平均值 (a*) ̅ 和 (b*) ̅ 来进行。
m: 测量块的数量
使用以下公式计算第 i 块的色度偏差。
色度不均匀性 Dc 定义为与以下公式的总体平均值的最大偏差。
总颜色不均匀性
总颜色不均匀性的分析首先计算 L*(i)、a*(i) 和 b*(i) 的总体最大值和最小值。
通过以下公式计算总颜色不均匀性 DTotal。
结论
Shading 描述了图像亮度从中心到角落的降低，或成像区域的颜色变化，这通常发生在配备小型传感器的相机中。因此，Shading 通过产生不必要的暗边或阴影边缘来影响图像质量。
在可视化相机系统的 Shading 时，最简单的方法是捕获一张平场图像，一张均匀照明的白纸照片，或一张均匀漫射光源的照片，例如积分球的开口。
当我们在测试实验室中测试相机 Shading 时，我们严格遵循 ISO 17957 中提出的方法。我们发现使用哑光漫射图表为我们提供了最佳结果，可用于全面评估 Shading。