Dokáže software opravit vadný objektiv fotoaparátu

Moderní fotoaparáty dokážou působivé věci.

Redukce šumu může způsobit, že tmavý obraz bude čistší. Algoritmy AI mohou zostřit hrany. Software dokáže opravit zkreslení, upravit barvy a dokonce vygenerovat chybějící detaily.

Takže přirozeně se někdo nakonec zeptá:

Pokud je software tak dobrý, potřebujeme stále drahý objektiv fotoaparátu?

Krátká odpověď:

Ano. Velmi.

Software může zlepšit průměrný obraz.

Nedokáže spolehlivě proměnit špatnou optickou informaci na dobrou optickou informaci.

A na tomto rozdílu záleží více než kdy jindy, protože kamery se používají pro rozpoznávání AI, robotiku, sledování, zobrazování v automobilech a strojové vidění.

Software je velmi dobrý při úklidu nepořádku

Nejprve přiznejme software.

Moderní zpracování obrazu umí hodně.

Pokud obrázek obsahuje šum, algoritmy jej mohou snížit.

Pokud je zkreslení čočky předvídatelné, software může geometrii opravit.

Pokud má obrázek mírně slabý kontrast, doostření a místní vylepšení kontrastu může zlepšit vzhled.

Zpracování barev může také kompenzovat určité charakteristiky zobrazovacího systému.

To je neuvěřitelně užitečné.

Ve skutečnosti by moderní fotoaparáty byly mnohem horší bez výpočetního zobrazování.

Ale je tu důležitý limit:

Software umí zpracovávat informace. Nemůže dokonale obnovit informace, které optický systém nikdy nezachytil.

Zde přichází na řadu objektiv.

Nemůžete vyostřit to, co nebylo nikdy vyřešeno

Představte si fotografování SPZ na dálku.

Snímač má dostatek pixelů.

Kamera je správně exponována.

Objektiv však nedokáže jasně rozlišit malé znaky.

Postavy dorazí na senzor jako rozmazané tvary.

Nyní použijte ostření.

Okraje mohou vypadat pevnější.

Použijte vylepšení AI.

Výsledek může vypadat ještě přesvědčivěji.

Ale je tu problém.

Původní jemné detaily nebyly nikdy správně zaznamenány.

Software odhaduje, jak mohl detail vypadat.

Pro neformální fotografii to může být naprosto přijatelné.

Pro aplikace, jako je rozpoznávání SPZ, rozpoznávání obličeje, průmyslová kontrola nebo strojové vidění, nemusí být „vypadá věrohodně“ a „obsahuje spolehlivé informace“ nutně totéž.

Ten rozdíl je důležitý.

MTF je místo, kde se argument stává vážným

To je jeden z důvodů, proč optičtí inženýři věnují pozornostMTF (modulační přenosová funkce).

MTF popisuje, jak efektivně čočka zachovává kontrast na různých úrovních detailů.

Čočka se špatným vysokofrekvenčním výkonem může mít potíže s reprodukcí velmi jemných struktur.

Žádné množství následného zpracování nemůže magicky způsobit, že se čočka bude chovat jako zásadně lepší optický systém.

Software může zvýšit zdánlivou ostrost.

Nemůže změnit fyzickou rozlišovací schopnost čočky.

To je důvod, proč fotoaparát s 8MP snímačem může stále produkovat neuspokojivé detaily, pokud optický systém není schopen tyto pixely využít.

Můžete mít osm milionů pixelů.

Nemůžete přinutit rozmazanou čočku, aby poskytla osm milionů užitečných detailů.

A co AI Image Enhancement?

Zde se věci stávají obzvláště zajímavými.

Vylepšení obrazu založené na umělé inteligenci může někdy přinést pozoruhodně přesvědčivé výsledky.

Existuje však jemný rozdíl mezi:

obnovení informací

a

generování pravděpodobného výsledku.

AI dokáže odvodit vzorce na základě toho, co se naučila.

Díky tomu může obraz pro lidského diváka vypadat výrazně lépe.

Ale pokud je kamera používána k objektivnímu rozhodnutí, musí být inženýři opatrní.

Pokud například systém AI identifikuje vozidlo, čte text nebo kontroluje výrobní vadu, uměle generované detaily nemusí vždy představovat to, co bylo na scéně skutečně přítomno.

Jinými slovy:

Krásný obraz není automaticky spolehlivým obrazem.

To je rozdíl, který stojí za to pamatovat při navrhování systémů vidění AI.

Existují určité problémy, které software jednoduše nelze vrátit zpět

Zvažte několik běžných optických problémů.

Špatné rozlišení

Pokud objektiv nedokáže rozlišit jemné detaily, software má omezené skutečné informace pro práci.

Nedostatečné světlo

Pomalý objektiv v tmavém prostředí může přinutit snímač pracovat s vysokým ziskem, produkovat šum a redukovat použitelné detaily.

Software může snížit šum, ale agresivní redukce šumu může také odstranit jemné informace.

TěžkéChromatickýAberace

Software může opravit některé předvídatelné barevné lemování, ale závažná optická aberace stále znamená, že byla narušena původní kvalita obrazu.

Špatný výkon okraje

Pokud jsou rohy širokoúhlého obrazu silně rozmazané, digitální doostření může způsobit, že budou vypadat kontrastněji, aniž by se obnovily chybějící detaily.

Flare and Ghosting

Silné odrazy uvnitř optického systému mohou kontaminovat obraz. Jakmile se do zachyceného signálu přimíchá nežádoucí světlo, software má velmi omezenou schopnost jej dokonale oddělit.

To je důvod, proč na optickém designu stále záleží.

Nejlepší fotoaparát používá optiku i software

Skutečná odpověď není:

Optika vs. software.

To je:

Optika + software.

Dobře navržený fotoaparát poskytuje softwaru dobrý výchozí bod.

Objektiv poskytuje:

Dostatečné rozlišení

Přiměřená propustnost světla

Řízené zkreslení

 Dobrý kontrast

Stabilní výkon hrany

Vhodné přizpůsobení snímačů

Zpracování obrazu pak může vzít tento silný optický základ a udělat konečný obraz ještě lepší.

To je mnohem efektivnější než žádat software o záchranu zásadně slabého optického systému.

Představte si to jako vaření.

Kořením je software.

Dobrý algoritmus může udělat dobrý obrázek lepší.

Pokud jsou ale ingredience již připálené, přidání dalšího koření pravděpodobně není řešením.

U fotoaparátů s umělou inteligencí je to ještě důležitější

Pro tradiční fotografii může být lehce nedokonalý snímek jednoduše neatraktivní.

Pro vidění AI mohou být důsledky vážnější.

Algoritmy AI závisí na vizuálních funkcích, jako jsou:

 Hrany

 Tvary

 Textury

 Kontrast

 Barva

Hranice objektů

Pokud optický systém zničí tyto prvky dříve, než se dostanou ke snímači, systém AI obdrží horší vstup.

To může ovlivnit výkon detekce a rozpoznávání.

To je důvod, proč by měl být optický design stále více považován za součást systému AI – nikoli pouze za součást připojenou k přední části fotoaparátu.

Dokáže tedy software opravit vadný objektiv?

Záleží na tom, co myslíš tím „opravit“.

Software může korigovat určité předvídatelné optické charakteristiky.

Může zlepšit kontrast.

Může snížit hluk.

Dokáže zostřit snímky.

Dokáže opravit zkreslení.

Software však nemůže zcela nahradit:

Dobré optické rozlišení.

Dobrá propustnost světla.

Dobré optické vyrovnání.

Dobrá kontrola aberace.

Nejlepší algoritmus pro zpracování obrazu na světě stále potřebuje ke své práci fotony.

A ty fotony musí nejprve projít čočkou.

Ve společnosti Boshi Optics přistupujeme k vývoji objektivů fotoaparátů od tohoto výchozího bodu: optický systém musí poskytovat užitečné informace, než je software začne zpracovávat. Díky možnosti optického designu, výroby, montáže a optického testování vyvíjí společnost Boshi Optics čočky pro aplikace včetně bezpečnostních kamer, AI vidění, automobilového zobrazování, dronů, lékařského zobrazování a dalších kamerových systémů.

Protože v konečném důsledku může software zlepšit image.

Ale o tom, jaké informace se tam dostanou, rozhoduje především objektiv.