Flat Field Correction

FFC (Flat Field Correction) 는 촬영 한 이미지의 밝기 값을 균일하게 보정하는 기능으로 주로 고가의 산업용 카메라에 실장되며 일반적으로 라인스캔 카메라에는 이 기능이 탑재되어 있는 경우가 많습니다.

왜 흰색 피사체를 촬영했음에도 불구하고 촬영 한 영상의 휘도 값이 균일하지 않는가? 라는 의문을 갖는다면,  그 원인으로는

• 렌즈 그림자에 의한 영향
• 조명 밝기의 불균일
• CCD 각 소자 마다의 감도 차이

등이 있습니다.

FFC 기능을 이용하면 위 모든 원인을 보정하여 Flat한 영상을 얻을 수  있습니다.

Before FFC	After FFC

FFC 기능이란 카메라의 아날로그 옵셋 (덧셈 / 뺄셈), 아날로그 게인 (곱셈 / 나눗셈), 디지털 오프셋 (덧셈 / 뺄셈), 디지털 게인 (곱셈 / 나눗셈)을 이용하여 휘도 값이 균일하게 보정하는 기능입니다.
FFC적용이 복잡하고 귀찮아서 검토하지 않는 경우가 많지만, FFC의 알고리즘을 이해한다면 쉽게 접근 할 수 있을 것이니다.

FFC 알고리즘

실제 처리는 카메라에 따라 다를 수 있지만,  대부분은 다음과 같이 FFC가 적용 됩니다.

우선 FFC에 의한 휘도 값 보정으로 의해 휘도 값이 포화되지 (휘도 값이 255을 초과하지 않음) 않도록 촬영 영상의 최대 휘도 값이 약255의 80%정도 (약204)가  되는 촬영 환경 (조명, 노출시간 등)에서 아날로그 게인을 조정합니다.

위 그림에서 알 수 있듯이 화소의 따라서는 입사되는 광량이 작을 경우 (어두울 경우) 출력 휘도 값이 0이 되는 화소가있을 수 있습니다.

이를 보정하기 위해 입력 광량을 0으로하고 (렌즈 캡을 닫음) 아날로그 오프셋에서 영상의 최소 휘도 값이 0이되지 않도록 조정합니다.

이 상태에서 카메라의 밝기 보정 (FPN) 기능을 실행하면 카메라 내부에서는 블랙 레벨 (휘도 값0)에서 각 화소의 휘도 값이 0이되도록 디지털 오프셋 값이 조정됩니다.

다음으로 실제 촬영 상태 (조명, 노출 시간 등)로 설정하여 최대한 반사 및 먼지 얼룩 등이 없는 흰색     피사체를 촬영하여, 카메라의 White level 보정 (PRNU) 기능을 실행합니다.

그러면, 위 촬영 상태에서 전체 화소가 지정된 목표 휘도 값 (휘도 값을 지정할 수 없는 카메라도있음)이 되도록 카메라 내부에서 전체 화소에 디지털 게인 값이 조정됩니다.

이러한 처리를 실행하는 것으로 앞에서 소개 한 것과 같이 영상 전체가 균일 한 휘도 값을 가지는 영상을 얻을 수 있습니다.

또한 위의 설명은 아래와 같은 순서로 게인 / 옵셋 보정을 실시 하는 것을 전제로 설명하고 있습니다.

CCD의 전기 신호 ⇒ 아날로그 옵셋⇒ 아날로그 게인 ⇒ 디지털 옵셋 ⇒ 디지털 게인

이 기능은 주로 이진화 처리를 이용하여 처리하는 화상 검사 등에서는 효과적입니다.