Zu hell oder zu dunkel? Histogramm im ueye Cockpit nutzen

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1 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 1

2 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 Blau- Kanäle 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. 2

3 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. 3

4 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 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. 4

5 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 Autoren Marion Gentele, Technische Dokumentation Patrick Schick, Produktmanagement Kontakt IDS Imaging Development Systems GmbH Dimbacher Straße Obersulm Deutschland Tel.: marketing@ids-imaging.de Web: IDS Imaging Development Systems GmbH Weitere TechTipps und Applikationsberichte finden Sie auf unserer Website. 5