В машинном зрении ипромышленная визуализация, Динамический диапазон — один из основных показателей производительности, влияющих на качество изображения. Он описывает способность изображения одновременно отображать детали как в ярких, так и в темных областях.
Когда динамический диапазон камеры недостаточен, изображения часто страдают от переэкспонирования в ярких областях и полной темноты в темных областях, что приводит к потере деталей и серьезно влияет на точность обнаружения и точность распознавания алгоритмов. Таким образом, внедрение технологии HDR (расширенного динамического диапазона) привнесло в системы промышленного машинного зрения более реалистичные, четкие и детальные эффекты изображения.
Что такое технология HDR?
Технология HDR оптимизирует различные области яркости во время процесса обработки изображения, позволяя изображениям сохранять насыщенные тональные градации и детализацию даже в сложных сценах как с светлыми, так и с тенями.
Он широко используется в промышленном контроле, автономном вождении, мониторинге дорожного движения, медицинской визуализации и других областях, особенно в высококонтрастных средах с резкими изменениями освещения или отражающими металлами, где преимущества HDR-изображений особенно заметны.
В настоящее время распространенные методы реализации HDR в промышленных камерах в основном включают: однокадровый-HDR, HDR с двойным-усилением и многокадровый-HDR.
Однокадровый-HDR
Однокадровый-HDR – это технология, которая одновременно захватывает информацию как из ярких, так и из темных областей за одну экспозицию. Система записывает световые сигналы из областей разной яркости в одном кадре и объединяет их с помощью алгоритмов для создания изображения с расширенным динамическим диапазоном.
Преимущества:
Требуется только одна экспозиция, что исключает необходимость-объединения нескольких кадров;
Эффективно позволяет избежать таких проблем, как несовпадение контента и размытость изображения, которые возникают в многокадровых решениях HDR;
Высокая скорость изображения, подходит для динамичных сцен.
Недостатки:
Большинство однокадровых технологий HDR жертвуют некоторым пространственным разрешением;
Требуются более сложные алгоритмы обработки изображений.
Эта технология хорошо-подходит для промышленных приложений, работающих в реальном времени-в режиме реального времени-, таких как высокоскоростное-обнаружение и визуализация движущихся целей.
HDR с двойным усилением
В КМОП-датчиках изображения яркость сигнала можно повысить за счет регулировки усиления (например, аналогового усиления и цифрового усиления).
Технология Dual Gain HDR основана на этом принципе, обеспечивая более широкий динамический диапазон за счет использования разных каналов усиления в разных условиях экспозиции.
В настоящее время два распространенных метода двойного усиления включают в себя:
DCG (Dual Conversion Gain): достижение двойного усиления преобразования на уровне пикселей;
DGA (усилитель с двойным усилением): достижение двойного усиления в схеме считывания.
Этот подход позволяет улучшить детализацию в ярких областях и снизить шум в темных областях, позволяя камере поддерживать высокую контрастность и низкий уровень шума даже в сложных условиях освещения.
Таким образом, технология HDR с двойным усилением широко используется в сценариях с высоким динамическим диапазоном, таких как проверка полупроводников, проверка металлических отражающих поверхностей и мониторинг уличного движения.
Многокадровый-HDR
Многокадровый HDR (Многокадровый HDR) обеспечивает более широкий динамический диапазон за счет захвата нескольких кадров с разным временем экспозиции и их объединения в внутреннем алгоритме.
По сравнению с однокадровым HDR, многокадровый HDR не теряет пространственного разрешения, но страдает от снижения временного разрешения.
Общие реализации многокадровых-кадров включают в себя:
HDR на основе кадров-
Это предполагает захват кадра с длинной-экспозицией, за которым следует кадр с короткой-экспозицией, а затем их объединение с помощью ISP (обработка сигналов изображения) для создания изображения HDR.
Недостатки: из-за разницы во времени между двумя кадрами может возникнуть размытость изображения или падение частоты кадров.
Преимущества:
Сохраняет богатые детали и обеспечивает естественные переходы между светлыми и темными областями;
Высокое качество изображения, подходящее для сценариев обнаружения статики.
Недостатки:
Неэффективен для движущихся целей;
Более высокая задержка обработки ограничивает производительность-в реальном времени.
Применение технологии HDR позволяетПромышленные камерыпреодолеть физические ограничения традиционных изображений, обеспечивая машинное зрение более реалистичной и точной информацией об изображении. От производства электроники до автономного вождения, от обнаружения дефектов поверхности до автоматизированных систем сортировки — HDR становится ключевой технологией для повышения надежности и интеллектуальности визуального контроля.
В будущем, благодаря постоянному улучшению производительности датчиков изображения и оптимизации алгоритмов, HDR станет не только функциональным параметром промышленных камер, но и основным конкурентным преимуществом интеллектуальных систем обработки изображений.
