V strojovom videní apriemyselné zobrazovanie, Dynamický rozsah je jedným zo základných ukazovateľov výkonu ovplyvňujúcich kvalitu obrazu. Popisuje schopnosť obrazu súčasne zobraziť detaily v jasných aj tmavých oblastiach.
Keď je dynamický rozsah fotoaparátu nedostatočný, snímky často trpia preexponovaním v jasných oblastiach a úplnou tmou v tmavých oblastiach, čo vedie k strate detailov a vážnemu vplyvu na presnosť detekcie a presnosť rozpoznávania algoritmu. Preto zavedenie technológie HDR (High Dynamic Range) prinieslo do systémov priemyselného videnia realistickejšie, jasnejšie a detailnejšie zobrazovacie efekty.
Čo je technológia HDR?
Technológia HDR optimalizuje rôzne oblasti jasu počas procesu zobrazovania, čo umožňuje, aby si obrázky zachovali bohaté tónové prechody a detaily aj v zložitých scénach so svetlami aj tieňmi.
Je široko používaný v priemyselnej inšpekcii, autonómnom riadení, monitorovaní dopravy, medicínskom zobrazovaní a iných oblastiach, najmä vo vysoko kontrastných prostrediach s drastickými zmenami osvetlenia alebo reflexnými kovmi, kde sú výhody HDR zobrazovania obzvlášť výrazné.
V súčasnosti medzi bežné metódy implementácie HDR v priemyselných kamerách patria najmä: single-frame HDR, dual-gain HDR a multi-frame HDR.
Jednosnímkové HDR
Single-frame HDR označuje technológiu, ktorá súčasne zachytáva informácie zo svetlých aj tmavých oblastí pri jedinej expozícii. Systém zaznamenáva svetelné signály z rôznych oblastí jasu v rámci toho istého rámca a spája ich pomocou algoritmov na vytvorenie obrazu s vysokým dynamickým rozsahom.
Výhody:
Vyžaduje iba jednu expozíciu, čím sa eliminuje potreba fúzie viacerých snímok;
Efektívne sa vyhýba problémom, ako je nesprávne zarovnanie obsahu a rozmazanie pohybu, ktoré sa vyskytujú v riešeniach HDR s viacerými snímkami;
Vysoká rýchlosť obrazu, vhodná pre dynamické scény.
Nevýhody:
Väčšina jednosnímkových technológií HDR obetuje určité priestorové rozlíšenie;
Vyžaduje sofistikovanejšie algoritmy spracovania obrazu.
Táto technológia je vhodná pre priemyselné aplikácie v reálnom čase, ako je vysokorýchlostná detekcia a zobrazovanie pohyblivého cieľa.
HDR s dvojitým ziskom
V obrazových snímačoch CMOS možno jas signálu zvýšiť úpravou zisku (ako je analógový zisk a digitálny zisk).
Technológia Dual Gain HDR je založená na tomto princípe a dosahuje širší dynamický rozsah použitím rôznych kanálov zosilnenia pri rôznych podmienkach expozície.
V súčasnosti existujú dve bežné metódy dvojitého zisku:
DCG (Dual Conversion Gain): dosiahnutie dvojitého zisku konverzie na úrovni pixelov;
DGA (Dual Gain Amplifier): dosiahnutie duálneho zosilnenia zosilnenia v čítacom obvode.
Tento prístup môže vylepšiť detaily v jasných oblastiach a zároveň znížiť šum v tmavých oblastiach, čo umožňuje fotoaparátu zachovať vysoký kontrast a nízky výstup šumu aj v zložitých svetelných podmienkach.
Preto je technológia HDR s dvojitým ziskom široko používaná v scenároch s vysokým dynamickým rozsahom, ako je kontrola polovodičov, kontrola kovových reflexných povrchov a monitorovanie vonkajšej premávky.
Viacsnímkové HDR
Multi-frame HDR (Multi-frame HDR) dosahuje širší dynamický rozsah zachytením viacerých snímok s rôznymi expozičnými časmi a ich spojením do backendového algoritmu.
V porovnaní s jednosnímkovým HDR nestráca viacsnímkové HDR priestorové rozlíšenie, ale trpí znížením časového rozlíšenia.
Bežné implementácie viacerých snímok zahŕňajú:
HDR založené na snímkach
Zahŕňa to zachytenie snímky s dlhou expozíciou, po ktorej nasleduje snímka s krátkou expozíciou, a ich následné spojenie pomocou ISP (Image Signal Processing) na vygenerovanie obrazu HDR.
Nevýhody: V dôsledku časového rozdielu medzi dvoma snímkami pravdepodobne dôjde k rozmazaniu pohybu alebo poklesu snímkovej frekvencie.
Výhody:
Zachováva bohaté detaily a vytvára prirodzené prechody medzi svetlými a tmavými oblasťami;
Vysoká kvalita obrazu, vhodná pre scenáre statickej detekcie.
Nevýhody:
Nie je účinný pre pohyblivé ciele;
Vyššia latencia spracovania obmedzuje výkon v reálnom čase.
Aplikácia technológie HDR umožňujePriemyselné kameryna prekonanie fyzikálnych obmedzení tradičného zobrazovania a prináša realistickejšie a presnejšie obrazové informácie do strojového videnia. Od výroby elektroniky po autonómne riadenie, od detekcie povrchových defektov po automatizované triediace systémy sa HDR stáva kľúčovou technológiou na zlepšenie spoľahlivosti a inteligencie vizuálnej kontroly.
V budúcnosti, s neustálym zlepšovaním výkonu obrazových snímačov a optimalizáciou algoritmov, bude HDR nielen funkčným parametrom priemyselných kamier, ale aj hlavnou konkurenčnou výhodou inteligentných zobrazovacích systémov.
