フラットフィールドコレクションとは？

フラットフィールドコレクション(Flat Field Correction【略: FFC】)とは、撮影した画像の輝度値を均一にする補正で、比較的高価な工業用のカメラに搭載され、主にラインセンサカメラには、このフラットフィールドコレクションの機能が搭載されています。

 

そもそも、真っ白な被写体を撮影した時に、なぜ撮影した画像の輝度値が均一にならないのか？と言うと、考えられる要因として

 

• レンズのシェーディングによる影響
• 照明の明るさのムラ
• CCD素子１つ１つの感度のばらつき

 

などが挙げられます。

 

フラットフィールドコレクションを行うと、これらの要因をまとめて補正する事が可能となります。

 

フラットフィールドコレクション前	フラットフィールドコレクション後

 

このフラットフィールドコレクションは、カメラのアナログオフセット（足し算/引き算）、アナログゲイン（掛け算/割り算）、デジタルオフセット（足し算/引き算）、デジタルゲイン（掛け算/割り算）を駆使して輝度値が均一になるように補正されます。
多少、実際の補正手順が面倒なので敬遠されがちですが、補正アルゴリズムを理解すると、ある程度、納得できると思います。

 

補正アルゴリズム

カメラにより実際の処理は異なる部分があると思いますが、おおむね以下の流れでフラットフィールドコレクションは行われます。

 

まず、最初にフラットフィールドコレクションによる輝度値の補正により、輝度値が飽和しない（輝度値が２５５を超えない）ようにするため、画像の最大輝度値が、おおむね２５５の８０％程度（２０４ぐらい）になるように、実際の撮影する環境（照明、露光時間など）においてアナログゲインを調整します。

 

 

上図を見ても分かるように、画素のよっては入力光量が小さい場合（暗い場合）、出力輝度値が０になってしまう画素がある可能性があります。

 

これを補正するため、入力光量を０にして（レンズにキャプをする）、アナログオフセットで画像の最小輝度値が０にならないように調整します。

 

 

この状態で、カメラの黒レベル補正（FPN）の機能を実行すると、カメラ内部では、黒レベル（輝度値０）において、各画素の輝度値が０になるようデジタルオフセットの値が調整されます。

 

 

次に実際の撮影状態（照明、露光時間など）にして、できるだけ反射や汚れ、ムラの少ない白の被写体を撮影し、カメラの白レベル補正（PRNU）の機能を実行します。

 

すると、上記の撮影状態で全画素が指定した目標輝度値（輝度値を指定できないカメラもある）になるように、カメラ内部では全画素のデジタルゲインの値が調整されます。

 

 

この一連の処理を行う事で、最初に紹介したように、画像全体が均一な輝度値となる画像を得る事が可能となります。

 

また、上記の説明は、以下の順序でゲイン/オフセットの補正が行われる事を前提に説明しています。

 

CCDの電気信号⇒アナログオフセット⇒アナログオゲイン⇒デジタルオフセット⇒デジタルゲイン

 

この機能は、主に二値化処理を用いた処理による画像検査などにおいては、効果を発揮します。