如何通过白平衡校正让相机图像更加自然

白平衡概述

在图像处理领域,白平衡是一项至关重要的功能,能够确保在不同的光照条件下,图像中的白色物体依然呈现为"白色"。本文将详细介绍白平衡的基本概念、工业相机中的白平衡参数及其调节方法。

什么是白平衡?

白平衡的作用是修正由于不同光源色温差异而导致的色彩偏差。在实际应用中,人眼可以自动适应不同的光源,但工业相机的传感器并不具备这种适应能力。由于色温的不同,图像中会出现偏色现象。因此,白平衡的功能就是矫正这一偏色现象,使图像中的白色物体恢复为真实的白色。

色温的作用

色温(以开尔文 K 为单位)是描述光源颜色特征的一个重要指标。例如,低色温(如红色光源)给人一种"暖色"感,而高色温(如蓝色光源)则显得"冷"。不同的光源色温下,光的波长比例也会有所不同,从而影响白色物体的显示效果。

白平衡的参数设置

工业相机提供了多种参数来调整白平衡,以下是一些主要参数的介绍:

  1. Balance White Auto(自动白平衡)

    • 该功能可以切换为三种模式:

      • Continuous(连续模式):相机会实时调整白平衡。
      • Once(一次模式):相机调整白平衡后,保持不变。
      • Off(关闭模式):相机不再自动调整白平衡,需要手动调节。

对于固定场景,一般推荐使用 Once 模式,这样可以避免白平衡的不断变化。而在环境光变化较大的场景中,建议使用 Continuous 模式,但初始图像可能会出现色差。

  1. AWB Color Temperature Mode(色温模式)

    • Narrow(窄色温模式):适用于色温范围在2800-7500K之间的普通白光源。
    • Wide(宽色温模式):适用于色温范围更广的光源,范围为2000-15000K。

尽管 Wide 模式提供了更广的调节范围,但过宽的色温范围可能会导致非白色物体被错误地校正为白色,因此一般建议优先使用 Narrow 模式,只有在无法调整时再切换到 Wide 模式。

  1. Balance Ratio Selector & Balance Ratio(色彩通道选择与比值)
  • 这些参数仅在关闭自动白平衡后可以手动调整,用于校正红、绿、蓝三种颜色通道的比值。通过调整这些比值,可以有效修正图像中的颜色偏差。

白平衡调节方法

  1. 自动白平衡(一次模式)
  • 操作步骤:

    1. 将一张白纸放在相机拍摄视野范围内,确保白纸充满整个画面。
    2. 设置曝光和增益,建议图像亮度保持在120到160之间。
    3. AWB Color Temperature Mode 设置为 Narrow ,并选择 Balance White AutoOnce 。相机会自动调整白平衡,调整完成后会自动切换为 Off
    4. 如果图像色彩效果仍然不佳,可以将 AWB Color Temperature Mode 设置为 Wide,再次进行自动白平衡校正。
  1. 手动白平衡
  • 操作步骤:

    1. 将白纸放入视野并充满画面。

    2. 设置曝光和增益,亮度保持在120-160之间。

    3. Balance White Auto 设置为 Off(手动模式)。

    4. 依次选择红、绿、蓝通道,并将 Balance Ratio 设置为初值1024。

    5. 采集一张图像并获取其 RGB 分量,根据图像中的 RGB 值调整平衡比值。例如,若 Balance Ratio' 为1024,采集的图像 RGB 值分别为155、185、120,则可以按以下公式调整:

      • Balance Ratio® = 1024 * 185 / 155 = 1222
      • Balance Ratio(B) = 1024 * 185 / 120 = 1579

这样逐步调整,直到各通道的值达到理想状态。

调节白平衡时的注意事项

  1. 过曝问题:在过曝的情况下无法进行有效的白平衡调整。自动白平衡通常要求灰度值在128到160之间,而手动白平衡的灰度值可以稍高于此范围。
  2. 调节步进:由于颜色偏差难以量化,调整时的步进应较小(50-100),当颜色接近时可以逐渐缩小步进,继续调节。
  3. RGB通道的相互影响:调整某一通道时,可能需要综合考虑其他通道的影响。通常需要对所有通道进行综合调整,才能达到理想效果。
  4. 绿色通道:绿色通道的默认值为1024。在自动白平衡下,绿色通道的值通常保持不变;如果手动调节出现失衡且难以恢复时,可以将绿色通道设置为1024,再重新开始调整。

总结

白平衡调节是工业相机图像处理中的一项重要技能,掌握了白平衡的调整方法,可以有效避免在不同光照条件下的色偏问题。通过了解色温概念及相机白平衡设置,用户可以确保图像色彩的准确性,从而提升工业图像处理的质量。

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