Adaptive LED Flash for Mobile Camera
Rantala, Tomi (2015)
2015
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2015-06-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201505151282
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201505151282
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia uudenlaista säätyvää kamerasalamaratkaisua ja sen käyttöä matkapuhelinkameroissa. Säätyvyydellä viitataan tässä tapauksessa salaman väriin, joka mukautuu vallitsevan taustavalaistuksen kanssa yhteneväksi. Perinteisellä yksivärisellä salamalla ongelmia syntyy, jos jokin osa kuvattavasta alueesta on valaistu erivärisellä valolla kuin mitä salama tuottaa. Tällöin kyseessä on sekavalotilanne, joka on ongelmallinen valokuvan valkotasapainon säädön kannalta. Vaikka ihmissilmä osaa mukautua tällaisissa tilanteissa ja näyttää valaistujen kohteiden värit sellaisina kuin ne todellisuudessa ovat, ei kamera tähän kykene. Kamera säätää valkotasapainon vain toisen valonlähteen mukaisesti, jolloin jäljelle jääneen valonlähteen valottamat alueet näkyvät kuvassa vääränvärisinä.
Ympäröivän valon tunnistaminen tapahtuu joko kamerasensorilta saatavaa kuvaa analysoimalla tai erillisellä puhelimeen integroitavalla värisensorilla mittaamalla. On osoittautunut hyvin haastavaksi tehtäväksi saada luotettavia tuloksia näillä tekniikoilla, mutta niitä hyödyntämällä voidaan kuitenkin saada melko hyvä arvio vallitsevan valon lähteestä. Koska kaikilla valonlähteillä on niille kullekin ominainen emissiospektrinsä, mutta joillakin sama valonväri, voidaan lähde tunnistaa varmuudella vain spektrometrillä. Nämä kuitenkin ovat tällä hetkellä vielä niin kalliita, että sellaisen integroiminen matkapuhelimeen on taloudellisesti kannattamatonta. Tämän vuoksi tässä työssä käytetäänkin huomattavasti edullisempaa, nelikanavaista värisensoria spektrometrin sijaan. Sensorin suotimien päästökaistat ovat punaisen, vihreän, sinisen ja infrapunavalon aallonpituuksien alueilla, jolloin myös paljon infrapunaa sisältävät halogen ja hehkulamppu pystytään nopeasti erottamaan muista valonlähteistä.
Jokaiselle värisensorille saadaan laskettua testimittausten perusteella 3x3-matriisi, jolla voidaan muuntaa sensorin antamat raaka-arvot CIE1931 xyz –väriavaruuden koordinaateiksi. Värikoordinaatit ovat vain suuntaa antavia, eivätkä anna kaikissa tilanteissa todellista kuvaa ympäröivän valon väristä. Samalla periaatteella jokaiselle säätyvälle salamalle, jotka muodostuvat punertavista, vihertävistä ja sinertävistä ledeistä, saadaan laskettua myöskin oma 3x3-matriisinsa. Tällä xyz-koordinaatit muunnetaan säätyvän salaman kolmen ledin virtojen suhteiksi, joilla saadaan tuotettua valoa, joka on väriltään lähellä ympäröivän valon väriä. Yhdistämällä nämä kaksi matriisia yhdeksi 3x3-matriisiksi, päästään eroon xyz-koordinaattivälivaiheesta ja muunnos voidaan tehdä suoraan värisensorin raaka-arvoista ledien virtasuhteiksi.
Ympäröivän valon tunnistaminen tapahtuu joko kamerasensorilta saatavaa kuvaa analysoimalla tai erillisellä puhelimeen integroitavalla värisensorilla mittaamalla. On osoittautunut hyvin haastavaksi tehtäväksi saada luotettavia tuloksia näillä tekniikoilla, mutta niitä hyödyntämällä voidaan kuitenkin saada melko hyvä arvio vallitsevan valon lähteestä. Koska kaikilla valonlähteillä on niille kullekin ominainen emissiospektrinsä, mutta joillakin sama valonväri, voidaan lähde tunnistaa varmuudella vain spektrometrillä. Nämä kuitenkin ovat tällä hetkellä vielä niin kalliita, että sellaisen integroiminen matkapuhelimeen on taloudellisesti kannattamatonta. Tämän vuoksi tässä työssä käytetäänkin huomattavasti edullisempaa, nelikanavaista värisensoria spektrometrin sijaan. Sensorin suotimien päästökaistat ovat punaisen, vihreän, sinisen ja infrapunavalon aallonpituuksien alueilla, jolloin myös paljon infrapunaa sisältävät halogen ja hehkulamppu pystytään nopeasti erottamaan muista valonlähteistä.
Jokaiselle värisensorille saadaan laskettua testimittausten perusteella 3x3-matriisi, jolla voidaan muuntaa sensorin antamat raaka-arvot CIE1931 xyz –väriavaruuden koordinaateiksi. Värikoordinaatit ovat vain suuntaa antavia, eivätkä anna kaikissa tilanteissa todellista kuvaa ympäröivän valon väristä. Samalla periaatteella jokaiselle säätyvälle salamalle, jotka muodostuvat punertavista, vihertävistä ja sinertävistä ledeistä, saadaan laskettua myöskin oma 3x3-matriisinsa. Tällä xyz-koordinaatit muunnetaan säätyvän salaman kolmen ledin virtojen suhteiksi, joilla saadaan tuotettua valoa, joka on väriltään lähellä ympäröivän valon väriä. Yhdistämällä nämä kaksi matriisia yhdeksi 3x3-matriisiksi, päästään eroon xyz-koordinaattivälivaiheesta ja muunnos voidaan tehdä suoraan värisensorin raaka-arvoista ledien virtasuhteiksi.