ISP—图像调试实习生（第二天）

一、阴影矫正（LSC）

二、电子防抖

三、日夜切换

四、监控摄像机的聚焦参数

图像设置

通用配置：阴影矫正，电子防抖，图像风格，灯光强度，镜像，反转，走廊模式。

一、阴影矫正（LSC）

镜头阴影矫正是为了解决Lens（镜片）的光学特性，由于镜头对于光学折射不均匀导致的镜头周围出现shading（阴影）的情况。

Shading一般分为：亮度Luma shading和颜色color shading；

1、Luma shading：由于Lens的光学特性，Sensor影像区的边缘区域接收的光照强度比中心区域要小，从而会造成图像或者视频中心和四角区域亮度不一致的现象。Lens本身就是一个凸透镜，一句凸透镜原理，中心区域的感光必然比四周区域要多。凸透镜原理如下图所示：

图1 凸透镜原理

2、Color shading：由于不同颜色的光其对应的波长不同，红光波长最长，然后绿光和蓝光，经过lens透镜，光会发生折射现象，折射的角度也是不同的，因此会造成Color shading的问题，这也是为什么为什么太阳光经过三棱镜会呈现彩虹的效果。如下图所示：

图2 光的折射现象导致Color Shading

3、CRA问题引起的Shading

CRA（Chief Ray Angle）：主光角。从镜头的传感器的传感器一侧，可以聚焦到像素上的光线的最大角度被定义为一个参数，称为主光角。对于主广角的一般定义是：此角度下的像素降低为0度角（此时，此像素是垂直于光线的）像素响应的80%。，通常再选择Lens时候会有一个CRA参数，在选择Sensor时候也会有关CRA参数，一般我们会要求Lens的CRA曲线和Sensor的CRA曲线完全匹配，如果实在不能匹配，我们也要求在同样的像素位置，CRA相差不能超过3度，而且最好是Lens的CRA比sensor的CRA要小，否则可能会导致成像Luma shading 或者Color shading。

由于光线是沿着不同的角度入射到传感器上的，因此对于各种Lens设计而言，shading现象是固有的，另外在某些镜头设计中，镜头可能本身就会阻挡一部分光线（称为“晕光”）这也会引起晕光现象，所以即使微镜头设计的可以设计的最小化镜头的shading现象，此现象还是会多多少少地存在。因此后端ISP一般都会有LSC功能。

图3 Lens和Sensor的主光角

影响：

Luma shading：会造成图像边角偏暗，这就是所谓的暗角。

图4 Luma shading

Color shading:会导致中心颜色和四周颜色不一致，体现出来一般是图像中心或者四周偏色。如图所示：

图5 Color shading

镜头矫正方法：

首先确定图像中间亮度比较均匀的区域，该区域的像素不需要做矫正；以这个区域为中心，计算出各点由于衰减带来的图像变暗的速度，这样就可以计算出相应R、G、B通道的补偿因子(即增益)。

二、电子防抖

电子防抖装置是通过电子矫正的方式实现，这种方式可以看作一种电子校验补偿的方式，它只是截取CCD有效面积的一部分（2/3左右）进行采样，而将可视区域的边缘部分作为对由于抖动而产生的图像越界而作为补偿，并最终处理出一个为人所接受的图像。这种设计的好处在于不增加太多体积、成本就能得到一个不错的结果，而且相对于光学防抖要更加省电。负面影响主要在于需要需要像素较高或者有效面积较大的CCD芯片支持，只有满足这些条件，电子防抖装置才能得到理想的效果，而且不能对静态拍摄起帮助作用。

三、日夜切换

是指摄像头白天到夜间转黑的功能，看到彩色图像的基本条件是白光照明，就是自然光，因此看到是彩色图像，然而到晚上环境中的自然光很弱的，这种情况下一般机身有红外光辅助照明，而红外光照射物体后反射回来的是红外光而不是含有三原色的白光，故不能显示彩色图像，只能显示灰度图像。

滤光片：滤光片作为一种光学器件，是用来选取所需辐射波段的工具，是塑料或玻璃片再加入特种染料做成的，其主要特点是尺寸可做得相当大。薄膜滤光片，一般通过长波较长的光，常用作红外高透滤光片。后者是由高折射率或低折射率的金属介质金属膜或一定厚度的全介质膜通过真空镀膜在一定的衬底上形成的一种低阶、多级串联固体干涉仪。

滤光片的分类：红外截止滤光片、日夜两用双通滤光片。
主要介绍一下日夜两用双通滤光片，红外光在白天等可见光条件下对彩色监视摄像机来说是一种杂散光，会降低彩色监视摄像机的清晰度和色彩恢复性。目前有两种方法可以让彩色监控摄像头在夜晚的条件下感应到红外光。
首先，打开滤光片，用可见光覆盖红外线，在没有可见光的情况下，取下滤光片，让红外光进入，该方案获得了良好的图像质量，但需要使用一种称为切换器的硬件。不仅会增加成本，而且开关的故障率也很高。
在滤光片上打开一个特定的红外线通道，允许与红外灯波长相同的红外光线进来，这就是日夜两用双通道滤光片，该滤光片由光学玻璃基体以及沉积在光学玻璃基体上的滤光膜组成，可阻断混合光源中的紫外线和红外线，有助于数码相机CCD或CMOS不再受紫外线和红外线的信号影响，得到更加鲜明清晰的影像；同时该滤光片还能根据红外灯的不同特性有选择性地通过部分红外光谱，起到增强数码相机的夜视功能的效果。
日夜两用滤光片能通过可见光420nm-620nm和850nm的红外光，阻止近红外线920nm-1100nm的红外光，白天可以获得真彩色图像，晚上可以获得清晰的黑白图像。主要用于CCD芯片彩色摄像机和CMOS成像系统，安防监控器摄像头，数码相机，网络摄像机，可视电话，门铃，数字望远镜，车牌识别摄像机等，抗强光和杂光干扰能力强，色彩失真少。
安防监控使用的滤光片有什么功能？
现在的摄像机都有夜视功能，这个夜视功能靠的是什么在完全黑暗的条件下看到物体，靠的是红外灯LED发出的红外光，反射后进入CCD进行成像，这样就出现了一个矛盾。为了滤除白天太阳产生的红外光，我们需要将蓝色玻璃粘贴在CCD前面，将红外光进行切断，这会导致LED夜间发出的红外光被蓝色玻璃滤除，无法成像。如何让安防设备在白天截止红外光使得图像清晰，晚上又能让LED发出的红外光完全进入CCD完成夜视功能，这就是日夜两用双通滤光片的功能，它是靠一个机械装置来完成白天在CCD前面放截止红外光的滤光片，到了夜晚自动切换成全通透的滤光片，这样就满足了红外夜视摄像的要求。这种机械装置称为双滤波器切换器。

四、监控摄像机的聚焦参数

实现电动变焦，变倍，自动聚焦
所谓一体化摄像机就是使得镜头，CCD，视频处理电路，机壳整合为一个整体，可以实现电动变焦，变倍，自动聚焦功能，能否快速、准确的实现自动聚焦是评价一体化摄像机品质的关键。好的产品可以一次性准确聚焦，而品质不好的产品，在聚焦时会来回往复，需要多次才能定焦。目前的一体化摄像机以16、18、20、22、27、32倍变倍为主流，发展趋势是照度越来越低，光学倍数越来越高。注意这里的变焦倍数是指光学变倍。