Imaging HDR e mappatura dei toni per un rilevamento affidabile dei difetti in condizioni di illuminazione difficili
La produzione industriale ed elettronica spesso comporta scene ad alto contrasto con superfici riflettenti luminose adiacenti ad aree scure incassate. I sistemi di imaging standard faticano a catturare dettagli completi in queste condizioni di illuminazione estreme, soprattutto in presenza di vincoli di produttività. Basler offre un portafoglio di soluzioni compatibili con l'HDR, adatte alle esigenze di movimento, contrasto e produttività. Questo caso d'uso dimostra come funziona in pratica l'opzione DOL HDR basata su IMX676.
Ispezione affidabile su superfici riflettenti, trasparenti e in ombra
Molte applicazioni di rilevamento di difetti a basso contrasto e su microscala si imbattono spesso in scenari di contrasto estremo che presentano sfide significative per l'imaging. Alcuni scenari applicativi tipici includono:
In questi scenari difficili, anche una progettazione ottimale dell'illuminazione non è in grado di risolvere completamente il fondamentale conflitto ottico tra la necessità di esporre adeguatamente le regioni riflettenti luminose senza sovraesporle e di catturare contemporaneamente sufficienti dettagli nelle aree più scure senza sottoesporle.
Gli approcci di imaging standard faticano a catturare simultaneamente i dettagli critici nell'intera gamma dinamica di queste scene ad alto contrasto. Questa limitazione spesso comporta la perdita di informazioni essenziali nelle luci o nelle ombre, compromettendo in modo significativo l'accuratezza e l'affidabilità del rilevamento dei difetti nelle applicazioni di ispezione di precisione.
Esempio di applicazione: HDR basato su IMX676 con mappatura dei toni Basler in-camera
La Basler ace 2, dotata del sensore IMX676 di Sony, offre una gamma dinamica di oltre 90 dB utilizzando il DOL HDR. Grazie alla mappatura dei toni implementata nella telecamera, fornisce immagini bilanciate direttamente, senza necessità di elaborazione sul lato host. I formati di uscita includono Bayer8, Bayer16, RGB8 e YCbCr per la visualizzazione e l'uso algoritmico.
Sfruttare il DOL HDR per un'acquisizione perfetta di luci e ombre
Il Digital Overlap (DOL) HDR è progettato per i sensori a otturatore scorrevole, dove le linee sono esposte in sequenza. Invece di attendere il completamento dell'intero fotogramma, DOL HDR inizia l'esposizione successiva mentre la prima è ancora in corso. Questa sovrapposizione consente l'HDR all'interno di un singolo fotogramma, senza dover ricorrere a più acquisizioni di fotogrammi interi.
Basler integra DOL HDR direttamente nella telecamera Ace 2 IMX676 grazie all'ottimizzazione a livello di firmware e alla mappatura dei toni integrata. Questa implementazione offre un output ad alta gamma dinamica pronto per la visualizzazione o l'elaborazione immediata, eliminando la necessità di una sincronizzazione esterna, di una complessa temporizzazione dell'esposizione o di una fusione di immagini sul lato host.
Il risultato è un'acquisizione senza soluzione di continuità di luci e ombre in un unico fotogramma, ideale per rilevare difetti come microfratture, graffi o contaminazioni anche in scene con elevata riflettività o forte contrasto.
Dai dati grezzi alla visualizzazione: Il ruolo della mappatura dei toni
I sensori HDR come l'IMX676 possono emettere dati ad alta profondità di bit (ad esempio, Bayer a 16 bit), che preservano l'intera gamma dinamica nelle zone d'ombra e di luce. La mappatura dei toni comprime questa gamma dinamica in modo non lineare in formati a 8 bit (ad esempio, Bayer8, RGB, YCbCr) per la visualizzazione su monitor standard.
Nel modello ace2 IMX676, la mappatura dei toni è integrata direttamente nel firmware della fotocamera. Ciò consente di ottenere immagini in tempo reale e dall'aspetto naturale senza ulteriori elaborazioni sul lato host, particolarmente utili quando le immagini sono destinate a operatori umani.
Tuttavia, per le applicazioni di visione artificiale in cui le immagini vengono elaborate in modo algoritmico, la mappatura dei toni è opzionale. Gli algoritmi possono lavorare direttamente sui dati grezzi ad alta profondità di bit, mantenendo l'intera gamma dinamica e la precisione.
DOL-HDR e mappatura dei toni in camera vs. soluzione software
Il DOL-HDR in-camera con mappatura dei toni offre vantaggi significativi rispetto agli approcci HDR basati su software come OpenCV. Poiché le esposizioni sono sovrapposte, il divario temporale tra le esposizioni lunghe e brevi è notevolmente ridotto, cosa che l'elaborazione software non può fare. Ciò si traduce in un risultato HDR più veloce e pulito, soprattutto per le applicazioni live e sensibili al movimento. La tabella seguente evidenzia le differenze principali:
Caratteristica | asso 2 IMX676 con DOL-HDR + Tone Mapping | HDR basato su software (ad esempio, OpenCV) |
Velocità di elaborazione | In tempo reale nella telecamera | Lento, richiede l'elaborazione da parte di CPU/GPU |
|---|---|---|
Latenza | Molto basso | Alto |
Artefatti di movimento | Ridotto al minimo | Maggiore rischio di ghosting |
Efficienza della larghezza di banda | Immagine singola ottimizzata in uscita | Trasferimenti multipli di immagini |
Idoneità del caso d'uso | Visione industriale | Fotografia; scenari di post-elaborazione |
Metodi HDR a confronto: Scegliere quello giusto per la propria applicazione
Mentre l'IMX676 con DOL HDR e la mappatura dei toni è ideale per molti casi d'uso mainstream, Basler supporta diversi metodi HDR, ognuno dei quali è stato adattato a esigenze specifiche.
Metodi HDR | Tecnica | Impatto FPS | Robustezza del movimento | Risoluzione | Qualità dell'immagine (SNR) | Gamma dinamica2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
Acquisizione multipla di immagini con tempi di esposizione diversi | ||||||
Esposizione multipla | Cornici multiple (N), combinazione e mappatura dei toni eseguita sul sistema host | 1/N | Povero | Completo | ♦♦♦ | +(N-1) x ■■ |
DOL HDR1 (ad es. IMX 676) | Due esposizioni con elaborazione in-camera (combinazione e mappatura dei toni) | Moderato | Moderato | Completo | ♦♦♦ | +■■⧠⧠ |
Quad HDR1 (es. IMX900) | Tempi di esposizione multipli in una singola scena utilizzando controllo per pixel | Nessuno | Eccellente | 1 4 | ♦♦♦♦ | +■■■■ |
HDR interfogliato (ad es. sensori GMAX) | Due tempi di esposizione diversi, riga per riga, all'interno di una singola acquisizione di immagine | Nessuno | Eccellente | 1 2 | ♦♦♦ | +■■⧠⧠ |
Acquisizione di un'immagine, guadagno multiplo | ||||||
Doppio guadagno | Esposizione singola, lettura dello stesso pixel con due guadagni diversi | Da 1/2 a moderata a seconda del sensore | buono | Completo | ♦ | +◪⧠⧠⧠ |
Guadagno a doppia conversione (DCG)1 (ad es. serie IMX53X) | Esposizione singola, lettura dello stesso pixel con due guadagni diversi | Nessuno | buono | Completo | ♦ | +◪⧠⧠⧠ |
HDR chiaro1 (ad esempio IMX676) | Esposizione singola, lettura dello stesso pixel con due guadagni diversi | Nessuno | buono | Completo | ♦ | +◪⧠⧠⧠ |
Un'acquisizione di immagini, altre tecniche | ||||||
Fusione di binning | Combinazione di pixel adiacenti (N) all'interno di un fotogramma | Nessuno | buono | 1/N | ♦♦♦ | +◪⧠⧠⧠ |
IMX490 | Ogni pixel ha due aree di sensibilità | Nessuno | Eccellente | Completo | ♦♦♦ | +■■■■ |
Nota:
1. Caratteristica di Sony
2. Il miglioramento effettivo della gamma dinamica dipende dall'architettura del sensore, dalle caratteristiche della scena e dall'implementazione. I simboli indicano una capacità relativa e non implicano prestazioni fisse o garantite.
La chiave del successo dell'implementazione dell'HDR sta nella comprensione dei requisiti specifici dell'ispezione. Quando i clienti si rivolgono a noi con scenari di illuminazione difficili, valutiamo i modelli di movimento degli oggetti, le esigenze di produttività e i requisiti di qualità per consigliare l'approccio HDR ottimale. Il nostro team di ricerca e sviluppo ha sviluppato una serie di metodi HDR, ognuno dei quali è adatto alle diverse esigenze di movimento, risoluzione e integrazione.
Sommario: Perché scegliere l'imaging HDR di Basler?
Per le linee ad alta velocità o le ispezioni critiche per i dettagli, non esiste un unico metodo HDR adatto a tutti. Ecco perché Basler offre soluzioni HDR più flessibili per soddisfare le diverse esigenze di movimento e di imaging:
Opzioni complete: Include metodi a esposizione singola e multipla, funzioni a livello di sensore ed elaborazione basata su FPGA.
Facile da integrare: L'HDR in tempo reale e la mappatura dei toni in-camera riducono le esigenze di elaborazione sul lato host.
Scalabile e pronto per il futuro: Supporta le più recenti tecnologie dei sensori per soddisfare le esigenze di ispezione in continua evoluzione.
Avete bisogno di aiuto per scegliere il metodo HDR giusto?
I nostri tecnici possono aiutarvi a valutare la soluzione HDR più adatta alle vostre esigenze di ispezione, che si tratti di DOL HDR, Dual ADC o Quad HDR.
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