Consejos técnicos

Uso flexible y dinámico: de la corrección adaptativa de píxeles calientes

¿Qué es ese puntito que veo en la pantalla? Quien se haya hecho esta pregunta, probablemente estuviera contemplando un píxel caliente. Estos píxeles están presentes en mayor o menor número en cualquier sensor de imagen y se perciben como un defecto, ya que son más claros o más oscuros que los píxeles circundantes. Por mucho esmero que se ponga en la fabricación del sensor, es imposible evitar la aparición de píxeles calientes.

Los píxeles calientes más visibles se detectan en fábrica y se guardan de manera permanente en la memoria de la cámara para poderlos corregir. Sin embargo, esto solo tiene en cuenta la situación en el momento de llevarse a cabo el control de calidad. La visibilidad de los puntos defectuosos aumenta a la par que el tiempo de exposición, la ganancia y la temperatura del sensor, de manera que, dependiendo del contenido de la imagen, esos píxeles calientes no serán los únicos que se aprecien. De hecho, el número de puntos visibles puede ser mucho mayor que el número de píxeles calientes calibrados.

¿No estaría bien que los píxeles calientes pudieran detectarse y corregirse de manera dinámica en la propia aplicación sean cuales sean las condiciones de funcionamiento? La nueva función de "corrección adaptativa de píxeles calientes", disponible a partir de la versión 4.82 de IDS Software Suite, lo hace posible.

Contexto

Un píxel caliente es un píxel del sensor que no reacciona, o no lo hace de forma lineal, a la luz incidente. En comparación con los píxeles vecinos, presentan diferencias en cuanto a saturación, sensibilidad, nivel de ruido y otras características. Debido a este "defecto", los píxeles calientes interfieren en la calidad de la imagen.

La aparición de píxeles calientes se ve favorecida por tiempos de exposición largos, un ajuste de ganancia elevado o el calentamiento del sensor.

Píxeles calientes con un sensor de color (izquierda) y la imagen "corregida" (derecha)
Píxeles calientes con un sensor de color (izquierda) y la imagen "corregida" (derecha)

Para la detección y corrección de los píxeles calientes se realizan operaciones que requieren una elevada capacidad de cálculo. Existen varios métodos eficaces para llevar a cabo dicha corrección, pero algunos consumen más recursos que otros. La elección del método utilizado dependerá de la cámara o de la aplicación.

Corrección de píxeles calientes

Corrección de píxeles calientes en uEye Cockpit
Corrección de píxeles calientes en
uEye Cockpit

Dependiendo de la cámara utilizada, IDS Software Suite ofrece 3 posibilidades de corrección. El programa uEye Cockpit permite probar los diferentes métodos y configurarlos para la aplicación que corresponda. Solo tiene que abrir la opción de propiedades de la cámara en uEye Cockpit mediante el menú "uEye > Propiedades". En la pestaña "Varios" se configura la corrección de píxeles calientes.

Con la opción "Corrección de píxeles calientes" se activa la corrección de los píxeles calientes estáticos que están guardados en la memoria permanente de la cámara. Con la opción "Corrección de píxeles calientes del sensor" se activa la corrección interna en los modelos cuyo sensor lo permita. La tercera opción activa la nueva corrección adaptativa de píxeles calientes.

Corrección de píxeles calientes

Antes de abandonar la fábrica, todas y cada una de las cámaras IDS son examinadas en relación con los píxeles calientes. En la memoria permanente de la cámara se guarda una lista de los píxeles calientes detectados (calibración). Si la corrección de píxeles calientes está activada, este procedimiento estático corrige tan solo los píxeles de esa lista. Sin embargo, además de los píxeles calientes guardados en la memoria, durante el funcionamiento puede que aparezcan otros nuevos.

Por medio del programa uEye Hotpixel Editor el usuario puede ampliar la lista de píxeles calientes detectados durante la calibración (ver el consejo técnico "Corrección de píxeles calientes con uEye Hotpixel Editor").

Corrección de píxeles calientes del sensor

Algunos sensores tienen integrada además una función de corrección interna. Esta variante funciona de manera totalmente automática sin consumir recursos de la CPU. Los píxeles calientes se detectan y se corrigen antes de que salgan del sensor como datos de imagen.

Corrección adaptativa de píxeles calientes

La nueva función de corrección adaptativa de píxeles calientes, disponible a partir de la versión 4.82 de IDS Software Suite, permite detectar y corregir los píxeles calientes de forma dinámica durante la aplicación. Este método recibe el calificativo de "adaptativo" porque los valores de los píxeles se modifican en dirección e intensidad dependiendo de los píxeles circundantes.

Uso de la corrección adaptativa de píxeles calientes

La nueva corrección adaptativa de píxeles calientes tiene dos modos de funcionamiento.

Modo "Detect once"

En este modo los píxeles calientes se detectan una vez y se guardan temporalmente en la memoria de trabajo. Mientras no se lleve a cabo otra detección dinámica de píxeles calientes la corrección adaptativa utiliza los píxeles de esta lista. Este proceso no consume potencia de cálculo adicional. Este modo es adecuado para aplicaciones con condiciones lumínicas estáticas que no precisan una adaptación dinámica suplementaria.

Con el botón "Volver a detectar" se restablece la lista de píxeles calientes y se "calibra" de nuevo la aplicación con la siguiente imagen. Este botón solo puede utilizarse en el modo "Detect once". Para conseguir la máxima eficacia, hay que oscurecer el sensor durante la detección de píxeles calientes.

Si es necesario reiniciar el sistema en este modo, la lista guardada en la memoria de trabajo se borra. Al no encontrarse esta lista, si se vuelve a abrir la cámara la corrección adaptativa realiza una detección automática de píxeles calientes durante la activación. Cada vez que cambia el área de imagen (AOI) también se crea automáticamente una lista nueva.

Modo "Detect dynamically"

La lista de píxeles calientes se detecta de forma dinámica para cada imagen. De este modo, la corrección adaptativa de píxeles calientes puede responder mejor a variaciones en las condiciones lumínicas. No obstante, este modo requiere mucha capacidad de cálculo y en ocasiones no se puede alcanzar la máxima frecuencia de imagen (framerate).

Como información adicional, se indica el número de píxeles calientes corregidos. En el modo "Detect once" este valor se determina una vez y permanece invariable hasta la siguiente detección. En el modo "Detect dynamically", este valor cambia con cada imagen.

Sensibilidad de la corrección adaptativa de píxeles calientes

El regulador de sensibilidad permite influir en cuándo un píxel se considerará un píxel caliente durante la detección. Con el ajuste predeterminado, los píxeles calientes debidos al ruido del sensor se filtran antes de que sean visibles. Si en casos excepcionales se detectan demasiados píxeles calientes, o bien quedan píxeles calientes visibles después de realizarse la corrección, es posible modificar la sensibilidad.

Campos de aplicación

La corrección adaptativa de píxeles calientes ayuda a eliminar los píxeles calientes que se hacen visibles después de la calibración realizada en fábrica, por ejemplo debido a tiempos de exposición muy largos, ajustes de ganancia elevados o temperaturas de funcionamiento elevadas.

Si el tiempo de exposición es largo, que la frecuencia de imagen sea elevada es irrelevante. En este caso es conveniente una corrección adaptativa y dinámica de píxeles calientes para cada imagen. En el modo "Detect dynamically" los píxeles calientes se detectan de nuevo y se corrigen en cada imagen.

Para alcanzar frecuencias de imagen elevadas debe utilizarse la corrección adaptativa de píxeles calientes en el modo "Detect once". Con este modo se genera una lista de píxeles calientes que se guarda en la memoria de trabajo. La corrección de píxeles calientes únicamente interpola los píxeles de esa lista. Si es necesario, se puede volver a generar la lista con el botón "Run once" para reaccionar a cambios importantes en el contenido de la imagen o para actualizar la lista con determinada periodicidad.

Comparación de los diferentes métodos

 

Detección

Corrección

Modelos uEye

Corrección de
píxeles calientes

1 vez de forma automática cuando se fabrica la cámara
→ lista de píxeles persistente y limitada
Ampliable manualmente mediante "uEye Hotpixel Editor"

Con cada imagen
Con lista estática
No adaptativa
Carga adicional de la CPU

Disponible para todos

Corrección adaptativa
de píxeles calientes

"ONCE"
1 vez en cualquier momento
→ Lista de píxeles temporal e ilimitada

Con cada imagen
Con lista dinámica
Corrección adaptativa
Carga adicional de la CPU

Disponible para todos

"DYNAMIC"
With each image
→ Temporary, unlimited pixel list
Additional CPU load

Corrección de píxeles calientes del sensor

En función del sensor

En función del sensor

Solo determinados modelos

 

  • La corrección adaptativa de píxeles calientes tiene una efectividad similar a la corrección propia del sensor, pero se lleva a cabo mediante software y por esa razón está disponible para todas las cámaras. Dado que con tiempos de exposición largos aparecen más píxeles calientes, el pequeño incremento de la carga de la CPU es insignificante.
  • Con la generación dinámica de listas de píxeles calientes en cualquier momento es posible "calibrar" el sistema de manera rápida y óptima para cualquier situación de funcionamiento.
  • Mediante la corrección adaptativa se consiguen mejores resultados en los bordes con una mínima intervención en el contenido de la imagen.

Mejores resultados en los bordes con la corrección adaptativa de píxeles calientes
Mejores resultados en los bordes con la corrección adaptativa de píxeles calientes

Conclusión

La nueva función de corrección adaptativa de píxeles calientes ofrece más posibilidades de intervención contra los píxeles calientes en diferentes aplicaciones. Además, la corrección de píxeles calientes se puede realizar sobre el terreno para lograr así una adaptación óptima a las condiciones de la aplicación.

Para obtener el mejor resultado posible con la corrección adaptativa de píxeles calientes tenga en cuenta lo siguiente:

  • En el modo "Detect dynamically", la corrección de píxeles calientes se realiza para cada imagen, con lo que aumenta la carga de la CPU. En ocasiones con este modo no se alcanza la máxima frecuencia de imagen.
  • Cabe la posibilidad de que las estructuras de imagen pequeñas y muy contrastadas, por ejemplo reflexiones con un tamaño de 1-4 píxeles, se identifiquen como píxeles calientes y se corrijan. Si no desea que esto ocurra le recomendamos que utilice el modo "Detect once".
  • La corrección adaptativa de píxeles calientes puede utilizarse junto con subsampling, binning o escalado.
  • Por el momento, la corrección adaptativa de píxeles calientes únicamente puede utilizarse con formatos de color de software o RAW.

 

Para obtener más información sobre la programación de la corrección de píxeles calientes, consulte el manual de uEye en http://es.ids-imaging.com/manuals-ueye.html.