相機色彩表徵與光譜響應

背景
相機色彩表徵(color characterization)是圖像處理流程中重要步驟,它可以評估相機模塊將 RGB 原始數據從傳感器轉換為所需色彩空間的準確性。錯誤的色彩校准和特徵描述會導致色彩偏移,從而影響整體圖像質量。

顏色表徵的傳統方法一直是使用測試圖卡,例如X-Rite ColorChecker色卡。然而隨著技術的發展,色彩表徵的解決方案也在進步。Image Engineering開發了多種情況下(例如在生產線上)提供更高精度和表徵相機的解決方案。

相機顏色表徵的第一步是測量相機的光譜靈敏度

測量光譜靈敏度
沒有光譜靈敏度,您將無法生成 ICC 配置文件或色彩校正矩陣,這使其成為相機色彩表徵的最重要步驟。獲得光譜靈敏度後,您可以開始表徵相機模塊的色彩響應。測量光譜靈敏度可以通過下面3種方式:

方法1:傳統測試圖卡
傳統方法通過使用顏色圖卡為相機模塊生成顏色配置文件。該圖卡需要在各種光照條件下拍攝。但是使用測試圖卡的主要缺點是顏色準確度,例如ColorChecker 的顏色與現實世界中遇到的顏色並不同。

ColorChecker 是獲取光譜靈敏度的傳統方法

雖然測試圖卡對於顏色表徵仍然有效,但由於缺乏真實世界的顏色,它們並沒有其他方法準確。

如何有效利用測試圖卡?
使用比色圖卡時,您需要使用適當的實驗室設置(即沒有雜光的暗室)和正確的照明。要創建顏色配置文件,您需要在各種光照條件下捕獲圖卡的圖像。這個過程需要所有必要的光源,以便為每個要求生成配置文件或顏色校正矩陣。

如果您使用測試圖卡,我們建議使用光譜可調光源,例如 iQ-Flatlights,因為它們可以生成所有標準光譜並允許創建自定義光譜。

使用測試圖卡時,使用適當的補光至關重要

方法 2:使用窄帶干涉濾光片的測試圖卡
為了改進顏色表徵,我們開發了一個使用窄帶干涉濾光片的測試圖卡。它們更適合測量相機系統的光譜靈敏度,並且比單色儀更易於操作。我們在光譜靈敏度測試儀——camSPECS產品線中整合了這個獨特的“測試圖卡” 。

camSPECS-XL 使用26 個窄帶干涉濾光片

camSPECS 板與搭配基於iQ-LED光源技術的LE7透射式燈箱(支持紅外波段)

如何有效利用camSPECS?
捕獲干涉濾光板的單個圖像後,您可以將其加載到 camSPECS 軟件中自動對其進行分析和轉換。分析完成後,軟件將向您顯示相機的光譜靈敏度。該方法為提高相機顏色特徵的準確性奠定了基礎。

使用 camSPECS 設備計算光譜靈敏度

方法 3:使用光譜可調光源
我們的iQ-LED設備用途廣泛,我們對其進行了優化以測量相機系統的光譜靈敏度。如上所述,我們的 iQ-LED 設備可進行光譜調節,並具有 41 個高功率 SMD LED,分為 20 個通道。在測量光譜靈敏度時,我們可以捕獲每個照明通道的圖像。

iQ-LED 設備是獨一無二的,您可以將它們集成到生產線中,從而允許您在生產線上一次執行多種顏色校准。有關生產線顏色校准和表徵最佳實踐的更多信息,請參閱Eric Walowit 的論文。

如何有效利用 iQ-LED?
使用 iQ-LED 設備拍攝的圖像也可以使用 camSPECS 軟件進行評估。由於 iQ-LED 通道數量有限,您需要使用光譜估計方法來獲得光譜靈敏度。完成後,您可以將所有圖像導入軟件。

此過程中,您需要定義iQ-LED 軟件每個通道的光譜分布,然後自動計算您的光譜靈敏度。

在拍攝每個 iQ-LED 光譜通道的圖像後計算光譜靈敏度

色彩變換
確定光譜靈敏度後,可以使用 camSPECS 軟件進行色彩變換。

將光譜靈敏度文件加載到軟件中,然後選擇您想要使用的調試和測試數據。。選擇所有內容後,軟件將計算色彩變換,並將其保存為 ICC 配置文件或顏色校正矩陣。

使用 camSPECS 軟件進行顏色轉換的示例

驗證色彩校正的質量
在 camSPECS 軟件中,您可以通過將 RAW 照片加載到軟件中來驗證色彩校正的質量。您在軟件加載 ICC 配置文件或色彩校正矩陣後,然後將其應用於 RAW 圖像。您可以直觀地看到圖像顏色發生了什麼變化。

使用真實圖像進行顏色配置文件比較的示例

結 論
相機顏色表徵是圖像處理流程中最關鍵的步驟之一。如果沒有正確的色彩表徵,您的相機模塊可能會在處理後的圖像中產生假色。有多種方法可以測量相機系統的光譜靈敏度,從傳統的顏色圖卡到光譜可調光源。獲得光譜靈敏度後,您可以生成 ICC 配置文件或顏色校正矩陣,並查看它如何影響 RAW 圖像的顏色。