Histogramm im uEye Cockpit - IDS Imaging Development Systems

TechTipp: Histogramm im uEye Cockpit
Zu hell oder zu dunkel?
Histogramm im uEye Cockpit nutzen
Kennen Sie das? Ihr Bild wirkt flau oder in dem dunklen, kontrastarmen Bild können Sie die aufgenommenen Objekte nicht unterscheiden. In diesem Fall ist die
Verwendung des Histogramms im uEye Cockpit hilfreich.
Dabei ist das Ziel, die Helligkeitsinformationen des Bildes so gleichmäßig wie
möglich auf einen großen Intensivitätsbereich zu verteilen. Das optimale Histogramm sieht je nach Anwendung und Szene anders aus.
Hintergrund
Die Helligkeitsverteilung digitaler Bilder wird in einem Histogramm dargestellt. In
Form eines Balkendiagramms wird die Häufigkeit der einzelnen Helligkeitswerte
aufgezeigt.
Links im Histogramm wird der Schwarzwert 0 angezeigt, gefolgt von den einzelnen Grauwerten bis hin zum hellsten Punkt am rechten Rand des Histogramms
mit dem Wert 255. Dies entspricht einer Bittiefe von 8 Bit pro Pixel. Bei einer höheren Bittiefe erhöht sich die Anzahl der Graustufen entsprechend. Besitzt ein
Bild einen optimalen Kontrast, umfasst das Histogramm praktisch alle Helligkeitswerte zwischen 0 und dem Höchstwert.
Beispiel: Ein schwarzes Werkstück auf liegt auf einem hellem Hintergrund. Dieses Histogramm zeigt idealerweise nur zwei „Peaks“ an. Ein Anstieg etwa bei einem Grauwert von 60 für das dunkle Objekt und ein zweiter „Peak“ für den hellen
Hintergrund mit einem Grauwert von 150. Damit das Werkstück sich gut vom Hintergrund abhebt, sollten diese zwei „Peaks“ im Histogramm möglichst auseinander liegen und wenig weitere Grauwerte vorhanden sein.
Zwei Helligkeitswerte
im Histogramm
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TechTipp: Histogramm im uEye Cockpit
Histogramm im uEye Cockpit
Öffnen Sie das Histogramm-Fenster im uEye Cockpit unter „Ansicht > Histogramm“. Unter „Kanal“ können Sie mit den Optionen „Rot“, „Grün“ und „Blau“ die
Darstellung der jeweiligen Farbkanäle ein- bzw. ausschalten. Zusätzlich wird
Ihnen unter „Durchschn.“ der der Mittelwert der einzelnen Farbwerte angezeigt.
Bei monochromer Bilddarstellung wird der mittlere Grauwert angezeigt.
Histogramm im uEye
Cockpit
Mit der Option „Kontur“ können Sie bei der Darstellung der Farbwerte zwischen
einem Flächen- und einem Liniendiagramm umschalten. Aktivieren Sie die Option
„Logarithmisch“, um die Darstellung mit einer logarithmischen Skalierung anzuzeigen. Dadurch werden Extreme im Histogramm deutlicher angezeigt.
Die Option „Bayer RGB anzeigen“ ist nur verfügbar, wenn eine Farbkamera im
Modus „Raw Bayer“ betrieben wird. Wenn Sie diese Option aktivieren, stellt das
Histogramm die einzelnen Bayer-Farbkomponenten als Rot-, Grün- und BlauKanäle dar.
Unterhalb des Histogramms können Sie die Bittiefe des aktuell eingestellten
Farbformats ablesen.
Histogramm „lesen“
Ein unterbelichtetes Bild erkennen Sie daran, dass trotz weißer Bildstellen im Objekt kein Ausschlag am rechten Rand des Histogramms zu erkennen ist. Demzufolge gehen Kontraste verloren und das Bild wirkt matt und flau.
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TechTipp: Histogramm im uEye Cockpit
Unterbelichtete
Szene
Im Falle eines überbelichteten Bildes können Sie einen deutlichen Anstieg am
rechten Rand des Histogramms erkennen. Am rechten Rand des Histogramms
ist eine hohe Häufigkeit der hellen Pixel zu erkennen.
Überbelichtete Szene
Helle Objekte sind von sehr hellen Objekten nicht mehr zu unterschieden. Kontraste in diesen Bildstellen verschwinden vollkommen. Diese Informationen können Sie auch nicht durch eine Nachbearbeitung des Bildes wiederherstellen. Ein
weiterer Effekt der Überbelichtung ist, dass Schwarz meist nicht mehr als absoluter Schwarzwert dargestellt wird. So ergibt beispielsweise ein schwarzes Objekt
im linken Histogrammbereich keinerlei Intensität. Demzufolge wird dieses Objekt
im Bild nur grau dargestellt.
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Histogramm bei Farbsensoren
Bei Farbsensoren ist das RGB-Histogramm ausschlaggebend. Hier sehen Sie die
Intensitätsverteilung jedes Farbkanals. Dabei müssen Sie beachten, dass keiner
der drei Farbkanäle in die Sättigung geht, das heißt, sein Maximum am rechten
Rand des Histogramms hat. Unter Umständen würden Sie einen Farbkanal, der
in die Sättigung geht, im Monochrom-Histogramm nicht erkennen, wenn die beiden anderen Farbkanäle nicht überbelichtet sind. Sobald ein Farbkanal überbelichtet ist, besteht die Gefahr, dass die Farben flau und matt werden.
Darstellung der einzelnen Farbkanäle
Anwendungsgebiete
Der Einsatz des Histogramms bietet sich bspw. für den manuellen Weißabgleich
an, indem Sie eine AOI (area of interest) setzen und anschließend über den manuellen Weißabgleich die Farbkanäle im Histogramm zur Deckung bringen.
Die Helligkeit des Bildes und damit auch das Histogramm werden sehr stark von
der Blendeneinstellung und Belichtungszeit bestimmt. Zudem verursachen digitale Nachbearbeitung Lücken im Histogramm, so dass bestimmte Helligkeitswerte
durch Herausrechnen nicht mehr vorhanden sind, bspw. durch digitale Gammakorrektur oder Verstärkung.
Um Unter- und Überbelichtungen zu vermeiden, darf das Histogramm keine Spitzen bei minimalem und maximalem Pixelwert aufweisen. Passen Sie die Belichtungszeit an, um diese zu verringern oder ganz zu vermeiden. Um die Dynamik
bei kontrastreichen Szenen zu erhalten, sollte sich das Histogramm über einen
möglichst großen Pixelwertebereich erstrecken, im Idealfall von 0 – 255.
Wenn Sie eine Anwendung haben, die hohe Bildraten erfordert, ändern Sie die
Blendeneinstellungen. Wenn Ihre Anwendung dagegen einen großen Schärfebereich benötigt, ändern Sie die Belichtungszeit.
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Fazit
Ein Histogramm zeigt, ob ein Bild über- oder unterbelichtet ist und wie kontrastreich es ist. Somit dient das Histogramm als Werkzeug, um die Einstellung der
Kameraparameter zu optimieren und ein kontrastreicheres Bild zu erhalten.
Mit der uEye API-Funktion „is_GetImageHistogram“ oder der uEye .NET-Klasse
„Image“ können Sie die Werte für das Histogramm abfragen.
Weitere Informationen zum Histogramm finden Sie im uEye Handbuch unter
http://de.ids-imaging.com/manuals-ueye.html.
Autoren
Marion Gentele, Technische Dokumentation
Patrick Schick, Produktmanagement
Kontakt
IDS Imaging Development Systems GmbH
Dimbacher Straße 6-8
74182 Obersulm
Deutschland
Tel.:
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E-Mail: marketing@ids-imaging.de
Web: www.ids-imaging.de
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