相机技术

凭借Basler PGI实现理想的成像质量

尽量实现高图像锐度、低噪声和鲜艳色彩

借助PGI图像优化技术,用户可直接从相机获得更清晰、噪声更少且色彩更准确的图像。PGI功能包融合了先进的去拜耳化、高效的去伪彩、自适应锐化增强以及智能去噪技术,为要求严苛的工业应用实现出色的成像质量,兼具高效、可靠和易于集成三大特性。

  • 最后更新: 2023/05/04

  • 阅读时间:约 15 分钟

PGI图像优化功能包的四大核心功能

  • PGI去拜耳化:色彩过渡更自然,伪影更少

  • 去伪彩:尽量减少边缘处的伪彩

  • 增强锐度:细节更丰富,锯齿更少(彩色边纹)

  • 去噪:降低亮度和色彩噪声

PGI:直接在相机内进行的高级图像优化

PGI是一款基于FPGA的完全集成式图像优化方案,可直接在相机内实时优化图像数据。在相机内处理图像既节省PC资源,又能提高整个成像链的效率。对于视觉工程师而言,这表示其应用能获得始终如一的高质量图像数据,减少下游图像处理的工作量,并减轻系统资源的负担。PGI功能易于集成且支持灵活定制,可快速实现个性化需求,在项目的每个阶段都能实现高效率运作、精准分析和可靠结果。

去拜耳化处理:成像质量是关键

去拜耳化算法对机器视觉相机的成像质量至关重要。虽然经典的标准去拜耳化处理更注重速度,但PGI图像优化功能包中的PGI去拜耳化功能在锐度、色彩重现和细节准确性方面能提供更佳的效果。以下对比一目了然地展示了这两者的关键差异。

标准去拜耳化处理导致的色彩误差,在条码区域等位置尤为明显
标准去拜耳化处理导致的色彩误差,在条码区域等位置尤为明显
使用PGI去拜耳化处理后的同一张图像
使用PGI去拜耳化处理后的同一张图像

对比表:“标准去拜耳算法”与“PGI去拜耳化算法”

本概览得出以下发现:对于要求严苛的图像处理任务,如果需要高成像质量和可靠结果,PGI图像优化功能包中的PGI去拜耳化算法是出色选择。

评估标准

标准去拜耳化处理

PGI去拜耳化处理(PGI)

插值方法

最近邻,2x2像素

高级插值,4x4或5x5像素

图像锐度

低,常有模糊情况

高,边缘锐利

色彩重现

频繁出现伪色、彩色边纹

自然、精准的色彩

细节精度

精度降低,细节模糊

高细节精度

伪影

边缘处伪影明显

可尽量减少伪影

噪声表现

色彩噪声增加

去噪效果提升

处理难度

难度较低,处理速度快

难度较高,但实现相机内置优化

PGI功能包详解:四项核心功能,助您获得出色成像质量

PGI功能包整合了四项强大的功能,专为满足工业图像处理的需求而量身定制。每个组件都能帮助您充分发挥机器视觉相机的成像质量和效率潜力。

去拜耳化处理(PGI):

PGI去拜耳化处理技术能够根据成像芯片的原始数据计算出完整的彩色图像,其特点是色彩过渡清晰、细节还原精准且伪影少。与传统方法相比,该技术显著减少了彩色边纹,并能精确再现细微结构——这对于要求严苛的检测或细节识别任务而言是一项决定性的优势。

去伪彩:

典型的去拜耳化算法通常会在边缘和细微结构处产生彩色边纹的现象。PGI去伪彩技术会分析这些关键图像区域,并校正带有干扰性的色彩错误,提供自然的色彩和可靠的色彩重现,即使面对复杂的物体和高分辨率图像也能胜任。

采用2x2简单去拜耳化
2x2简单去拜耳化
采用PGI去伪彩
采用PGI去伪彩

锐化增强:

自适应PGI锐化增强功能可在不引入额外噪声的情况下增强图像细节。结构自适应插值算法确保能够清晰、精确地呈现边缘和细微结构。它可根据具体应用灵活调整锐度,适合读取条码、文本或字符检测等任务。

如果不进行后期锐化处理,仅使用标准方法的图像锐度不足
如果不进行后期锐化处理,仅使用标准方法的图像锐度不足
使用PGI进行再锐化
使用PGI进行再锐化
去噪

去噪:

PGI提供智能的并行化去噪功能,可有效降低亮度噪声和色彩噪声。该滤波技术专为工业应用的需求量身定制,即使在苛刻的光照条件或高帧速率下,也能确保始终如一的高成像质量。去噪功能可单独调整,以在图像锐度与低噪声之间实现出色平衡。

配备PGI功能包的相机一览

适用于黑白相机的PGI技术:通过针对性优化实现更高精度

黑白相机同样能从PGI技术中受益:锐化与去噪滤波器可单独调节,以根据具体需求精确调整成像质量。虽然去拜耳化和去伪彩并不适用于灰度图像,但自适应锐化增强和高效的去噪功能可确保轮廓清晰锐利,并呈现低噪声的优质图像,从而显著提升成像质量。

正因如此,Basler也为黑白相机提供了PGI技术。出厂默认设置下,锐化增强和去噪参数均处于中等位置,PGI将以精确到比特(bit)的方式传输原始Raw图像。仅当用户调整这些参数后,PGI才会对图像进行处理,从而显著提升成像质量。

对比:机器视觉中彩色相机与黑白相机的对比

本表简要概述了这两种相机类型与PGI结合使用时的关键差异和优势,方便用户在系统选型时做决策。

考量因素

彩色相机(标准去拜耳化)

彩色相机(PGI去拜耳化)

黑白相机

数据传输

传输原始数据的带宽较低,经过去拜耳化处理后带宽利用率较高

与标准去拜耳化相同,但成像质量更佳

带宽低,无彩色数据

去拜耳化

必需,需进行大量的外部处理

集成式,高效的实时处理

不需要

PC资源占用

较高(需在相机外部进行去拜耳化处理)

较低,(由相机内部处理)

较低

图像处理流程

复杂,依赖处理顺序

简化,经PGI优化

简单

成像质量

取决于去拜耳化质量,可能出现伪影

质量高,伪影少

直接处理,无转换损耗

延迟

外部处理会导致延迟增加

低,相机内实时处理

低

算法集成

有限,取决于PC性能

经过优化,相机内置较灵活

高效,无额外开销

去噪/锐化

有限,可能需要后期处理

高效,直接在相机内完成

效率相当

计算能力与系统集成

除了迄今为止提到的所有方面外,PGI在开发过程中的目标始终是实现简单且资源高效的架构。所有计算操作均在4×4或5×5的邻域内并行式执行,还会考虑到现场可编程门阵列(FPGA)的实现方式,双方经过协调,对FPGA内部存储器的占用少,所需的计算操作次数也很少。只有这样才能在相机内部完成这些复杂的计算而不采取增加成本的措施,无需使用更大的FPGA或其他处理单元。

借助PGI技术,我们提供了强大的内部图像优化功能,大幅降低主机系统的处理负载,从而节省了宝贵的资源。客户无需在集成方面投入过多精力,即可享受卓越的成像质量。我们获得专利的PGI去拜耳化算法可大幅减少伪色现象。此外,智能锐化机制与高效的去噪技术相辅相成,即使在苛刻的条件下,也能呈现出效果一致且细节丰富的图像。

结论:通过集成式PGI图像优化实现高成像质量与高效率

得益于基于FPGA的集成式图像优化功能,用户可直接从相机获得自然的色彩、出色的锐度和较低的噪声,并且不会给系统带来额外负担。这四项核心功能可灵活适应个性化需求,并确保在各种应用中都能获得可靠、高效的处理结果。PGI为您提供了一套可满足未来需求的视觉方案,让您的图像处理变得更简单强大、更具成本效益。

有关PGI的常见问题

去拜耳化是一种利用拜耳芯片的不完整色彩信息来计算完整RGB图像的过程。拜尔滤色片结构中的每个像素仅捕获一种颜色(红、绿或蓝),因此必须通过插值来补充每个像素缺失的颜色值。只有通过这一过程才能生成具有完整分辨率的可用彩色图像,这是包含色彩信息的工业图像处理技术需要满足的一项基本要求。

PGI去拜耳化算法采用扩展像素区域和更复杂的算法,以更高精度计算缺失的颜色值。与简单的标准去拜耳化算法相比,它能呈现出更自然的色彩、更锐利平滑的边缘,以及更高的细节还原精度。有效降低诸如彩色边纹和模糊等典型图像瑕疵,这在字符或条码识别等要求严苛的应用中尤为关键。

PGI采用智能去伪彩技术,它专门分析具有高空间频率的图像区域,并校正伪色。特别是在锐利边缘或精细结构中,简单的去拜耳化算法往往会产生干扰性的色偏。PGI能检测到这些区域,并在最高可达奈奎斯特(Nyquist)频率的范围内校正颜色值,即使是复杂的物体也能确保呈现真实色彩且无伪影。

噪声是由芯片中的物理和电子效应引起的,并在图像处理过程中可能被放大。PGI去噪功能采用并行处理方式,能高效过滤图像中的灰度噪声和彩色噪声。得益于经过优化的5×5去拜耳化滤波器,可将图像噪声控制在低水平,同时不会丢失重要细节。即使在复杂的光照条件下,也能确保始终保持高成像质量。

PGI的锐化增强功能适合对精细结构和清晰轮廓要求高的应用场景,例如自动化车牌识别(ANPR)、条码读取或文本与字符评估。用户可单独调整这个自适应锐化功能,既能补偿光学缺陷,又能将噪声控制在适度水平,即使在分辨率降低的情况下也能精确评估,从而提高工业图像处理的效率。

配备PGI功能包的相机

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