L'imagerie HDR et le mapping des tons pour une détection fiable des défauts en éclairage difficile
La fabrication industrielle et électronique implique souvent des scènes très contrastées avec des surfaces brillantes et réfléchissantes adjacentes à des zones sombres et encastrées. Les systèmes d'imagerie standard peinent à capturer des détails complets dans ces conditions d'éclairage extrêmes, en particulier sous des contraintes de débit. Basler propose un portefeuille de solutions HDR adaptées aux exigences de mouvement, de contraste et de débit. Ce cas d'utilisation montre comment l'option DOL HDR basée sur l'IMX676 fonctionne en pratique.
Inspection fiable des surfaces réfléchissantes, transparentes et ombragées
De nombreuses applications de détection de défauts à faible contraste et à micro-échelle sont souvent confrontées à des scénarios de contraste extrême qui posent des défis importants en matière d'imagerie. Voici quelques exemples d'applications typiques :
Dans ces scénarios difficiles, même une conception optimale de l'éclairage ne peut pas résoudre complètement le conflit optique fondamental entre la nécessité d'exposer correctement les zones réfléchissantes lumineuses sans les surexposer, tout en capturant suffisamment de détails dans les zones plus sombres sans les sous-exposer.
Les méthodes d'imagerie standard ont du mal à capturer simultanément des détails essentiels dans toute la gamme dynamique de ces scènes à fort contraste. Cette limitation entraîne souvent la perte d'informations essentielles dans les hautes lumières ou les ombres, ce qui peut compromettre considérablement la précision et la fiabilité de la détection des défauts dans les applications d'inspection de précision.
Exemple d'application : HDR basé sur l'IMX676 avec le tone mapping de Basler à l'intérieur de l'appareil photo
La Basler ace 2, équipée du capteur IMX676 de Sony, offre plus de 90 dB de plage dynamique en utilisant le DOL HDR. Avec le tone mapping implémenté dans la caméra, elle fournit directement des images équilibrées -aucun traitement côté hôte n'est nécessaire. Les formats de sortie comprennent Bayer8, Bayer16, RVB8 et YCbCr pour l'affichage et l'utilisation algorithmique.
Exploitez la technologie DOL HDR pour capturer les ombres et les lumières de manière transparente.
Le HDR par chevauchement numérique (DOL) est conçu pour les capteurs à obturateur déroulant, où les lignes sont exposées de manière séquentielle. Au lieu d'attendre que l'image entière soit terminée, le DOL HDR commence l'exposition suivante pendant que la première est encore en cours. Ce chevauchement permet de réaliser le HDR sur une seule période d'image sans avoir à effectuer plusieurs captures plein cadre.
Basler intègre le DOL HDR directement dans la caméra ace 2 IMX676 par le biais d'une optimisation au niveau du micrologiciel et d'un mappage de tons intégré. Cette implémentation fournit une sortie à haute dynamique prête pour une visualisation ou un traitement immédiat, éliminant le besoin d'une synchronisation externe, d'un temps d'exposition complexe ou d'une fusion d'images du côté de l'hôte.
Le résultat : une capture transparente des ombres et des lumières dans une seule image, idéale pour détecter des défauts tels que des microfissures, des rayures ou des contaminations, même dans des scènes à forte réflectivité ou à fort contraste.
Des données brutes à l'affichage : Le rôle de la cartographie des tons
Les capteurs HDR tels que l'IMX676 peuvent émettre des données à haute profondeur de bits (par exemple, Bayer 16 bits), qui préservent la gamme dynamique complète dans les zones d'ombre et de lumière. La cartographie des tons compresse cette plage dynamique de manière non linéaire dans des formats 8 bits (par exemple, Bayer8, RVB, YCbCr) pour l'affichage sur des moniteurs standard.
Dans l'ace2 IMX676, la cartographie des tons est intégrée directement dans le micrologiciel de l'appareil photo. Cela permet d'obtenir des images naturelles en temps réel sans traitement supplémentaire du côté de l'hôte, ce qui est particulièrement utile lorsque les images sont destinées à des opérateurs humains.
Cependant, pour les applications de vision industrielle où les images sont traitées par des algorithmes, la cartographie des tons est facultative. Les algorithmes peuvent travailler directement sur les données brutes à haute profondeur de bits, en conservant toute la gamme dynamique et la précision.
DOL-HDR et tone mapping à l'intérieur de la caméra vs. solution logicielle
Le DOL-HDR à l'intérieur de la caméraavec mappage de tons offre des avantages significatifs par rapport aux approches HDR basées sur des logiciels comme OpenCV. Comme les expositions se chevauchent, l'écart temporel entre les expositions longues et courtes est considérablement réduit, ce que le traitement logiciel ne peut' pas égaler. Il en résulte une sortie HDR plus rapide et plus propre, en particulier pour les applications en direct et sensibles au mouvement. Le tableau ci-dessous met en évidence les principales différences :
Caractéristique | ace 2 IMX676 avec DOL-HDR + Tone Mapping | HDR par logiciel (par exemple, OpenCV) |
Vitesse de traitement | En temps réel à l'intérieur de la caméra | Lent, nécessite un traitement par le CPU/GPU |
|---|---|---|
Temps de latence | Très faible | Elevé |
Artéfacts de mouvement | Minimisé | Risque plus élevé de "ghosting" |
Efficacité de la bande passante | Sortie d'une seule image optimisée | Transferts d'images multiples |
Adéquation des cas d'utilisation | Vision industrielle | Photographie ; scénarios de post-traitement |
Comparaison des méthodes HDR : Choisir la bonne méthode pour votre application
Si l'IMX676 avec DOL HDR et tone mapping est idéal pour de nombreux cas d'utilisation courants, Basler prend en charge plusieurs méthodes HDR, chacune adaptée à des besoins spécifiques.
Méthodes HDR | Technique | Impact sur le SPF | Robustesse du mouvement | Résolution | Qualité de l'image (SNR) | Gamme dynamique2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
Captures d'images multiples avec différents temps d'exposition | ||||||
Multi-exposition | Trames multiples (N), combinaison et mise en correspondance des tonalités sur le système hôte | 1/N | Pauvre | Complet | ♦♦♦ | +(N-1) x ■■ |
DOL HDR1 (par exemple IMX 676) | Deux expositions avec traitement à l'intérieur de la caméra (combinaison et mise en correspondance des tons) | Modéré | Modéré | Complet | ♦♦♦ | +■■⧠⧠ |
Quad HDR1(par exemple IMX900) | Temps d'exposition multiples dans une seule scène en utilisant contrôle par pixel | Aucun | Excellent | 1-4 | ♦♦♦♦ | +■■■■ |
HDR entrelacé (par exemple, les capteurs GMAX) | Deux temps d'exposition différents, ligne par ligne, au sein d'une même capture d'image | Aucun | Excellent | 1-2 | ♦♦♦ | +■■⧠⧠ |
Une capture d'image, des gains multiples | ||||||
Double gain | Exposition unique, lecture du même pixel avec deux gains différents | 1/2 à modéré selon le capteur | bon | Complet | ♦ | +◪⧠⧠⧠ |
Gain de conversion double (DCG)1 (par exemple, série IMX53X) | Exposition unique, lecture du même pixel avec deux gains différents | Aucun | bon | Complet | ♦ | +◪⧠⧠⧠ |
Clear HDR1 (par exemple IMX676) | Exposition unique, lecture du même pixel avec deux gains différents | Aucun | bon | Complet | ♦ | +◪⧠⧠⧠ |
Une capture d'image, d'autres techniques | ||||||
Fusion de compartiment | Combinaison de pixels adjacents (N) dans une même image | Aucun | bon | 1/N | ♦♦♦ | +◪⧠⧠⧠ |
IMX490 | Chaque pixel possède deux zones de sensibilité | Aucun | Excellent | Complet | ♦♦♦ | +■■■■ |
Note de bas de page :
1. Fonctionnalité de Sony
2. L'amélioration réelle de la plage dynamique dépend de l'architecture du capteur, des caractéristiques de la scène et de la mise en œuvre. Les symboles indiquent une capacité relative et n'impliquent pas une performance fixe ou garantie.
La clé d'une mise en œuvre réussie du HDR réside dans la compréhension de vos exigences spécifiques en matière d'inspection. Lorsque les clients nous contactent avec des scénarios d'éclairage difficiles, nous évaluons leurs modèles de mouvement d'objets, leurs besoins en termes de débit et leurs exigences de qualité afin de recommander l'approche HDR optimale. Notre équipe de R&D a mis au point une gamme de méthodes HDR, chacune adaptée à des besoins différents en matière de mouvement, de résolution et d'intégration.
Résumé : Pourquoi choisir l'imagerie HDR de Basler ?
Pour les lignes à grande vitesse ou les inspections critiques, il n'existe pas de méthode HDR unique qui convienne à tous. C'est pourquoi Basler propose des solutions HDR plus flexibles pour répondre aux différentes exigences en matière de mouvement et d'imagerie :
Options complètes: Inclut des méthodes à exposition unique ou multiple, des fonctions au niveau du capteur et un traitement basé sur FPGA.
Intégration aisée: Le HDR en temps réel et le tone mapping à l'intérieur de la caméra réduisent les besoins de traitement du côté de l'hôte.
Évolutif et prêt pour l'avenir: Prend en charge les dernières technologies de capteurs pour répondre à l'évolution des besoins en matière d'inspection.
Besoin d'aide pour choisir la bonne méthode HDR ?
Nos ingénieurs peuvent vous aider à évaluer quelle solution HDR correspond à vos besoins d'inspection, qu'il s'agisse de DOL HDR, de Dual ADC ou de Quad HDR.
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