In machinevisie enindustriële beeldvormingis Dynamisch bereik een van de belangrijkste prestatie-indicatoren die de beeldkwaliteit beïnvloeden. Het beschrijft het vermogen van een afbeelding om tegelijkertijd details in zowel heldere als donkere gebieden weer te geven.
Wanneer het dynamische bereik van een camera onvoldoende is, hebben beelden vaak last van overbelichting in heldere gebieden en volledige duisternis in donkere gebieden, wat leidt tot detailverlies en ernstige gevolgen heeft voor de detectienauwkeurigheid en de nauwkeurigheid van algoritmeherkenning. Daarom heeft de introductie van HDR-technologie (High Dynamic Range) realistischere, duidelijkere en gedetailleerdere beeldeffecten voor industriële vision-systemen gebracht.
Wat is HDR-technologie?
HDR-technologie optimaliseert verschillende helderheidsgebieden tijdens het beeldvormingsproces, waardoor beelden rijke toongradaties en details behouden, zelfs in complexe scènes met zowel hoge lichten als schaduwen.
Het wordt veel gebruikt bij industriële inspectie, autonoom rijden, verkeersmonitoring, medische beeldvorming en andere gebieden, vooral in omgevingen met hoog-contrast met drastische lichtveranderingen of reflecterende metalen, waar de voordelen van HDR-beeldvorming bijzonder prominent aanwezig zijn.
Momenteel omvatten de gebruikelijke HDR-implementatiemethoden in industriële camera's voornamelijk: single-frame HDR, dual-gain HDR en multi-frame HDR.
Enkel-frame HDR
Single-frame HDR verwijst naar een technologie die tegelijkertijd informatie vastlegt uit zowel heldere als donkere gebieden in één enkele belichting. Het systeem registreert lichtsignalen van verschillende helderheidsgebieden binnen hetzelfde frame en combineert deze met behulp van algoritmen om een beeld met een hoog dynamisch bereik te genereren.
Voordelen:
Vereist slechts één belichting, waardoor de noodzaak voor multi-framefusie overbodig wordt;
Voorkomt effectief problemen zoals onjuiste uitlijning van inhoud en bewegingsonscherpte die optreden bij HDR-oplossingen met meerdere- frames;
Hoge beeldsnelheid, geschikt voor dynamische scènes.
Nadelen:
De meeste single{0}} HDR-technologieën met één frame offeren enige ruimtelijke resolutie op;
Vereist meer geavanceerde beeldverwerkingsalgoritmen.
Deze technologie is zeer-geschikt voor hoge-real-industriële toepassingen zoals hoge-snelheidsdetectie en beeldvorming van bewegende doelen.
Dubbele versterking HDR
Bij CMOS-beeldsensoren kan de signaalhelderheid worden verbeterd door versterkingsaanpassing (zoals analoge versterking en digitale versterking).
Dual Gain HDR-technologie is gebaseerd op dit principe en bereikt een groter dynamisch bereik door verschillende versterkingskanalen te gebruiken onder verschillende belichtingsomstandigheden.
Momenteel zijn er twee veel voorkomende methoden met dubbele versterking:
DCG (Dual Conversion Gain): het bereiken van dubbele conversiewinst op pixelniveau;
DGA (Dual Gain Amplifier): het bereiken van dubbele versterkingsversterking in de uitleescircuits.
Deze aanpak kan details in heldere gebieden verbeteren en ruis in donkere gebieden verminderen, waardoor de camera zelfs in complexe lichtomstandigheden een hoog contrast en weinig ruis kan behouden.
Daarom wordt Dual Gain HDR-technologie veel gebruikt in scenario's met een hoog dynamisch bereik, zoals halfgeleiderinspectie, inspectie van metalen reflecterende oppervlakken en monitoring van verkeer buitenshuis.
Multi--frame HDR
Multi-frame HDR (Multi-frame HDR) bereikt een groter dynamisch bereik door meerdere frames met verschillende belichtingstijden vast te leggen en deze samen te voegen in een backend-algoritme.
Vergeleken met enkel-frame HDR, verliest multi- HDR geen ruimtelijke resolutie, maar lijdt het onder een afname van de temporele resolutie.
Veelvoorkomende implementaties met meerdere-frames zijn onder meer:
Frame-gebaseerde HDR
Hierbij wordt een frame met lange- belichting vastgelegd, gevolgd door een frame met korte- belichting, en deze vervolgens samengevoegd met behulp van een ISP (Image Signal Processing) om een HDR-afbeelding te genereren.
Nadelen: Vanwege het tijdsverschil tussen de twee frames is de kans groot dat er bewegingsonscherpte of een daling van de framesnelheid optreedt.
Voordelen:
Behoudt rijke details en produceert natuurlijke overgangen tussen lichte en donkere gebieden;
Hoge beeldkwaliteit, geschikt voor statische detectiescenario's.
Nadelen:
Niet effectief voor bewegende doelen;
Een hogere verwerkingslatentie beperkt de real-prestaties.
De toepassing van HDR-technologie maakt dit mogelijkIndustriële camera'som de fysieke beperkingen van traditionele beeldvorming te overwinnen, waardoor meer realistische en nauwkeurige beeldinformatie naar machinevisie wordt gebracht. Van de productie van elektronica tot autonoom rijden, van detectie van oppervlaktedefecten tot geautomatiseerde sorteersystemen: HDR wordt een sleuteltechnologie voor het verbeteren van de betrouwbaarheid en intelligentie van visuele inspectie.
In de toekomst zal HDR, met de voortdurende verbetering van de prestaties van de beeldsensor en de optimalisatie van algoritmen, niet alleen een functionele parameter van industriële camera's zijn, maar ook een belangrijk concurrentievoordeel van intelligente beeldvormingssystemen.
