I maskinseende ochindustriell bildbehandling, Dynamic Range är en av de viktigaste prestandaindikatorerna som påverkar bildkvaliteten. Den beskriver förmågan hos en bild att samtidigt visa detaljer i både ljusa och mörka områden.
När en kamerans dynamiska omfång är otillräckligt, lider bilder ofta av överexponering i ljusa områden och fullständigt mörker i mörka områden, vilket leder till förlust av detaljer och allvarligt påverkar detektionsnoggrannheten och algoritmigenkänningsprecisionen. Därför har introduktionen av HDR-teknik (High Dynamic Range) gett mer realistiska, tydligare och mer detaljerade bildeffekter till industriella visionsystem.
Vad är HDR-teknik?
HDR-tekniken optimerar olika ljusstyrkaområden under bildbehandlingsprocessen, vilket gör att bilderna behåller rika tonövergångar och detaljer även i komplexa scener med både högdagrar och skuggor.
Den används i stor utsträckning inom industriell inspektion, autonom körning, trafikövervakning, medicinsk bildbehandling och andra områden, särskilt i miljöer med hög-kontrast med drastiska ljusförändringar eller reflekterande metaller, där fördelarna med HDR-avbildning är särskilt framträdande.
För närvarande inkluderar vanliga HDR-implementeringsmetoder i industriella kameror huvudsakligen: enkel-bildruta HDR, dubbel-förstärkning HDR och multi-bildruta HDR.
Enkel-bildruta HDR
Single-frame HDR hänvisar till en teknik som samtidigt fångar information från både ljusa och mörka områden i en enda exponering. Systemet registrerar ljussignaler från olika ljusstyrkaområden inom samma bildruta och smälter samman dem med hjälp av algoritmer för att generera en bild med högt dynamiskt omfång.
Fördelar:
Kräver bara en exponering, vilket eliminerar behovet av multi-frame fusion;
Undviker effektivt problem som innehållsfeljustering och rörelseoskärpa som uppstår i HDR-lösningar med flera-bilder;
Snabb bildhastighet, lämplig för dynamiska scener.
Nackdelar:
De flesta enstaka-HDR-tekniker för en bild offrar en del rumslig upplösning;
Kräver mer sofistikerade bildbehandlingsalgoritmer.
Den här tekniken är väl-lämpad för industriella tillämpningar i{-realtid-som hög-avkänning och rörliga mål.
Dual Gain HDR
I CMOS-bildsensorer kan signalens ljusstyrka förbättras genom förstärkningsjustering (som analog förstärkning och digital förstärkning).
Dual Gain HDR-teknik är baserad på denna princip, vilket ger ett bredare dynamiskt omfång genom att använda olika förstärkningskanaler under olika exponeringsförhållanden.
För närvarande inkluderar två vanliga dubbelförstärkningsmetoder:
DCG (Dual Conversion Gain): uppnå dubbel konverteringsförstärkning på pixelnivå;
DGA (Dual Gain Amplifier): uppnår dubbel förstärkningsförstärkning i avläsningskretsen.
Detta tillvägagångssätt kan förbättra detaljerna i ljusa områden samtidigt som bruset i mörka områden reduceras, vilket gör att kameran kan bibehålla hög kontrast och låg bruseffekt även under komplexa ljusförhållanden.
Därför används HDR-teknik med dubbla förstärkningar i stor utsträckning i scenarier med högt dynamiskt omfång såsom halvledarinspektion, inspektion av metallreflekterande ytor och trafikövervakning utomhus.
Fler-frame HDR
Multi-frame HDR (Multi-frame HDR) uppnår ett bredare dynamiskt omfång genom att fånga flera bildrutor med olika exponeringstider och smälta ihop dem i en backend-algoritm.
Jämfört med enkel-bildruta HDR förlorar inte multi-bildruta HDR rumslig upplösning utan lider av en minskning i tidsupplösning.
Vanliga multi-frame-implementeringar inkluderar:
Frame-baserad HDR
Detta involverar att fånga en lång-exponeringsram följt av en kort-exponeringsram och sedan smälta ihop dem med en ISP (Image Signal Processing) för att generera en HDR-bild.
Nackdelar: På grund av tidsskillnaden mellan de två bildrutorna är det sannolikt att rörelseoskärpa eller bildhastighetssänkningar uppstår.
Fördelar:
Bevarar rika detaljer och ger naturliga övergångar mellan ljusa och mörka områden;
Hög bildkvalitet, lämplig för scenarier för statisk detektering.
Nackdelar:
Ej effektiv för rörliga mål;
Högre bearbetningsfördröjning begränsar realtidsprestanda.-
Tillämpningen av HDR-teknik möjliggörIndustriella kamerorför att övervinna de fysiska begränsningarna hos traditionell bildbehandling, föra mer realistisk och korrekt bildinformation till maskinseende. Från elektroniktillverkning till autonom körning, från detektering av ytfel till automatiserade sorteringssystem, HDR håller på att bli en nyckelteknologi för att förbättra tillförlitligheten och intelligensen vid visuell inspektion.
I framtiden, med den kontinuerliga förbättringen av bildsensorprestanda och algoritmoptimering, kommer HDR inte bara att vara en funktionell parameter för industriella kameror, utan också en central konkurrensfördel för intelligenta bildsystem.
