使用技巧

灵活兼具机能: 使用hot pixel(热点)自我校正- Adaptive hot pixel correction

为什么画面中会出现不明亮点呢? 如果你正在问你自己这个问题,八九不离十你看到的是所谓的hot pixel(热点)。所有标準的图像传感器中都存在一定数量的hot pixel(热点),由于热点往往比其他正常像素亮或是暗,所以被认定是影像中的缺陷。在生产传感器时,即便是采用特別高规格的生产标準,也很难完全不产生hot pixels(热点)。

当我们在生产相机时,带有最高亮度的hot pixels(热点)会被侦测并且记录在相机的记忆体内作为hot pixel correction(热点校正)的依据。然而,这个处理步骤只能将出厂前侦测到的的热点校正。而在侦测并且储存的hot pixel(热点)以外的热点有可能会随着曝光总时数的增加,增益,或是传感器的高温而变明显。

那么,如果热点可以在应用的环境,相机运转过程中直接被侦测,这样不是非常好吗? 其实,这些我们都已经做到了。在4.82版的IDS套装软件中的 “adaptive hot pixel correction” 已经可以实现自动侦测以及校正的功能。

背景

Hot pixels (热点)的定义为无法对光线反应,或是无法对入社的光做相对的反应。像素热点的饱和度,感光度,以及噪音或是其他像素该有的特征都与正常像素不同。由于这种缺陷,热点是一个令人困扰的影像缺陷。

Hot pixels (热点)的发生,往往跟长时间的曝光,高增益设定,或是在高温下的传感器有关连。

在彩色传感器上的热点(左)以及"校正过的"影像(右)
在彩色传感器上的热点(左)以及"校正过的"影像(右)

Hot pixels (热点)的侦测与校正都是非常耗费运算资源的像素运算行为。因此,对于这种数据的校正有不同种的方式,但有些方式可能会消耗较大的资源。相机或是应用程式本身会选择采用使用最有效率的校正方式。

Hot pixel correction - 热点校正

uEye Cockpit中的Hot pixel correction(热点校正)
uEye Cockpit中的Hot pixel correction(热点校正)

IDS 套装软件提供三个校正的选项,会依照使用的相机型号来决定可以选用的方式。uEye Cockpit的环境中,你可以测试不同的方式,并将其配置到应用中。步骤为,在uEye Cockpit 中,选取 “uEye > Properties(属性)”。可以在“Miscellaneous(杂项)” 中配置hot pixel correction(热点校正)。

点选 “Hotpixel correction(热点校正)”选项可以校正出厂时就被储存在相机记忆体内的热点纪录。“Sensor hotpixel correction(Sensor 内部热点校正)” 选项是启动内建的校正功能(部分sensor才有此功能)。第三个选项可以启动新的adaptive hot pixel correction 功能。

Hot pixel correction- 熱點校正

IDS 生产的相机在离开产线前,都会经过hot pixels(热点)测试,并且会将热点纪录在相机内的记忆体中。如果选取了hot pixel correction(热点校正) ,只有已经被记录在相机内的热点会被校正。然而,在相机运转过程中可能会产生没有被记录的新热点。

用户在校正中可以使用 uEye Hotpixel Editor 将新的热点数据储存到清单内。(參考使用技巧:“uEye热像素点编辑器助您轻松进行热像素点校正”).

Sensor hot pixel correction- Sensor 内部热点校正

部分传感器有将热点像素校正功能集成到传感器中。这种传感器内部热点校正会自动校正并且不会占用CPU的运算资源。热点在图像数据输出前就会被侦测并且校正。

Adaptive hot pixel correction 自適應熱點校正

新推出的adaptive hot pixel correction 功能可以在IDS 套装软件4.82版本中使用。可以在拍摄中做侦测以及及时校正。之所以使用“adaptive” 作为功能名称是因为像素的数值可以及时被校正与周围的像素在方向以及密度做吻合。

使用 adaptive hot pixel correction 自適應熱點校正

新功能adaptive hot pixel correction 有两个不同模式可选择。

“Detect once”模式

在这个模式中,热点会被侦测并且暂时记录在记忆体中。Adaptive hot pixel correction 会持续使用这次纪录的热点清单,直到dynamic detection 被启动。  透过这种方式降不会占用到CPU的资源。这种校正方式适用于有恒定光源的应用环境下-不需要使用到动态调整。

使用 “Reset detection” 按钮可以重新设置热点清单并且再次于下个图像重新校正热点。此按钮只能在 “Detect once” mode 下使用。 如果sensor在热点侦测时Sensor处於较暗的环境或影像可增加侦测的效率。

如果在此模式下重新启动系统,热点纪录将不会被保留在相机的记忆体中。重新启动相机后, adap-tive hot pixel correction 会再次自动侦测热点。在每次设定新的AOI配置时,系统也会自动建立新的热点数据清单。

“Detect dynamically”模式 – 动态侦测

Hot pixel(热点)清单在每个图像中被动态侦测。Adaptive hot pixel correction(自适应热点侦测)在变动的光源环境下可以更有效率的反应。然和,这种模式需要使用较多的CPU资源,在此模式时相机无法达到最高帧率。

被校正的热点数量会以数字显示。在 “Detect once” 模式中,这个数据将会被计算一次并保持不变,直到下次的侦测被发动。在 “Detect dynamically” 模式中,热点数量会随着每张图像做变動。

自適應熱點校正的敏感光度設定

透过拖曳 “Sensitivity” 来决定像素什么时候需要被侦测为热点。在预设值中,热点在可视化之前是从Sensor的噪音过滤出。如果,在某些特殊的情况下,像是太多的热点被侦测出,或是热点在校正后还是可以被看到的情况下,可以透过调整sensitivity来做对应。

應用領域

Adaptive hot pixel correction(自适应热点校正)可以去除在相机出厂后因为经过长时间的曝光,高增益的设定,或是高温环境的影响所产生的新热点。

由于在延长曝光时间的情况下不会需要高帧率。这时,adaptive(自适应) 或是 dynamic(动态) hot pixel correction对于每帧的图像都可以做校正。 在 “Detect dynamically” 模式中,hot pixels(热点)会在每个独立的图像中被重新侦测与校正。

为了能使用高帧率,请使用adaptive hot pixel correction 的 “Detect once” 模式。此模式可以建立热点清单并且暂存在相机记忆体内。一旦完成侦测,只有这个清单中的像素会被执行热点校正。必要的时候可以使用“Run once” 按钮来从新产生清单,用于对不同的影像做反应,或是在特定间格时间做更新清单。

各校正方式對比表

 

侦测

修正

uEye型号

Hot pixel correction 熱點校正

在組裝相機時會做一次自動偵測熱點
→ 永久但是有限的熱點清單
可以透過使用 “uEye Hotpixel Editor” 來拓展熱點紀錄清單

對每個圖像做校正
固定的清單
非自適應
不會占用CPU資源

支持所有型號

Adaptive hot pixel correction
自適應熱點校正

“ONCE”
隨時可以偵測
→ 暫時儲存,可無限制的更新熱點紀錄清單

對每個圖像做校正
使用動態清單
自適應校正
消耗CPU資源

支持所有型號

“DYNAMIC”
針對每個圖像做偵測
→ 暫時性,無限制的更新,但耗費CPU 資源

Sensor hot pixel correction-
Sensor 內建熱點校正

倚賴Sensor本身的功能

倚賴Sensor本身的功能

支持部分型號

 

  • Adaptive hot pixel correction(自适应热点校正) 与Sensor内部的校正有著一样的效能,但是由于他是由软件所提供的功能,所以可以在所有型号上使用。由于热点数量会伴随着使用时间以及Sensor的曝光时间增加,会稍微加大对CPU的资源占用。
  • 你的系统可以在任何的应用情况下,透过动态侦测产生的热点清单来做有效且迅速的校正。
  • Adaptive correction (自适应校正)  能够将边缘的改善加强,同时减少对图像内容的影响。

里用 adaptive hot pixel correction所强化的周边像素
里用 adaptive hot pixel correction所强化的周边像素

總結

IDS所开发的新adaptive hot pixel correction (自适应热点校正)功能提供用户在不同的应用上可以有效地克服热点问题。尤其是adaptive correction 可以直接在应用中使用,让应用可以在最佳的环境条件下得到最佳的效果。

为了达到adaptive hot pixel correction(自适应热点校正)最佳的效果,请参照下面的要点:

  • 在 “Detect dynamically” 模式中,hot pixel correction 会对所有的捕获的图像侦测热点,同时会加大CPU的负荷。最高帧率可能会在某些条件下无法达到。
  • 小尺寸,高对比的影像中的反光部位在1-4 pixels的范围时,容易被认定为热点,如果要避免这种问题发生,我们建议使用 “Detect once” 模式。
  • Adaptive hot pixel correction(自适应热点校正) 可以连同subsampling, binning,scaler一起使用。
  • 目前 adaptive hot pixel correction 只能在software color 格式,或是 RAW color 格式中使用。


想要了解更过关于热点校正的编程,请参考uEye manual 於 http://cn.ids-imaging.com/manuals-ueye.html.