嚴苛光源環境下的 HDR 成像與 Tone Mapping，實現高可靠性的瑕疵檢測
工業與電子製造環境中常見高對比場景，例如高反光表面與深色凹陷區域並存。標準成像系統在如此極端光源條件下，尤其在產能受限情況下，難以全面捕捉完整細節。Basler 提供一系列支援 HDR 的解決方案，專為動態、對比度與高產能需求而設計。本應用案例將展示採用 IMX676 感光元件之 DOL HDR 選項的實際應用效果。
穩定檢測反光、透明與陰影等高難度表面
許多低對比與微小瑕疵檢測應用常面臨極端對比的場景，造成成像上的重大挑戰。典型的應用場景包括：
在這些具挑戰性的情境中，即使採用最佳化的光源設計，也無法完全解決根本性的 光學矛盾：一方面需正確曝光明亮的反光區域而不致過曝，另一方面又必須同時擷取暗部區域的足夠細節而不致欠曝。
標準的成像方式難以在這類高對比場景中，同時捕捉整個動態範圍內的關鍵細節。這項限制經常導致高光或暗部中的關鍵資訊遺失，進而嚴重影響精密檢測應用中的瑕疵檢出準確性與可靠性。
應用實例：IMX676 搭載內建 HDR 與 Tone Mapping
Basler ace 2 搭載 Sony IMX676 感光元件，透過 DOL HDR 與相機內建的 Tone Mapping，可實現高達 80 dB 的動態範圍，並輸出平衡的影像，無需依賴主機端進行處理。支援 Bayer8、Bayer16、RGB8 與 YCbCr 等輸出格式，適用於顯示用途與演算法分析。
善用 DOL HDR 技術，實現高光與陰影的無縫擷取
數位重疊（DOL）HDR，又稱為線間交錯 HDR，透過交錯排列長與短曝光的掃描線，在單一成像週期內完成兩種曝光的擷取。此技術能同時捕捉亮部與暗部區域，而無需多張影像合成。
Basler 將 DOL HDR 技術直接整合至 ace 2 IMX676 相機中，透過韌體層級的最佳化與內建的 Tone Mapping，提供即時可視或處理用的高動態範圍輸出，無需額外的同步控制、複雜的曝光時序設定或主機端的影像合併處理。
最終成果：在單張影像中實現高光與陰影的無縫擷取，即使在高度反光或深層對比的場景中，也能有效檢測微裂痕、刮痕或污染等瑕疵。
從原始資料到顯示畫面：Tone Mapping 的角色
像 IMX676 這類 HDR 感光元件可輸出高位元深度的資料（例如 16-bit Bayer），可完整保留高光與陰影區域的動態範圍。Tone Mapping 則會將此動態範圍以非線性方式壓縮至 8-bit 格式（如 Bayer8、RGB 或 YCbCr），以便在一般顯示器上正確顯示。
在 ace 2 IMX676 中，Tone Mapping 功能已直接整合於相機韌體中，可即時輸出自然且易於觀看的影像，無需主機端額外處理，特別適合提供給人工操作人員觀看。
然而，在影像需進行演算法處理的機器視覺應用中，Tone Mapping 為選用功能。使用者可直接以原始的高位元深度資料進行分析，以保留完整的動態範圍與精度。
相機內建 DOL-HDR 與 Tone Mapping vs. 軟體解決方案
相較於 OpenCV 等軟體式 HDR 方法，內建 DOL-HDR 搭配 Tone Mapping 的相機解決方案具備顯著優勢。由於透過線間交錯方式將長短曝光重疊，大幅縮短了兩次曝光之間的時間差，這是純軟體處理無法達成的。此技術可帶來更快速、更乾淨的 HDR 輸出，特別適用於即時與對動態敏感的應用場景。
下表列出兩種方法的主要差異：
特點 | ace 2 IMX676 搭載 DOL-HDR 與 Tone Mapping 功能 | 基於軟體的 HDR（例如 OpenCV） |
處理速度 | 即時相機內建處理 | 速度較慢，需依賴 CPU／GPU 處理 |
|---|---|---|
延遲 | 非常低 | 高 |
Motion Artifacts | 最小化 | 產生重影的風險較高 |
頻寬效率 | 輸出單張最佳化影像 | 多重影像曝光 |
應用案例適用性 | 工業視覺應用 | 攝影；後製處理情境 |
比較各種 HDR 方法：為您的應用選擇最合適的技術
雖然搭載 DOL HDR 與 Tone Mapping 的 IMX676 已適用於多數主流應用，Basler 仍提供多種 HDR 技術方案，針對不同需求量身打造。
HDR 方法 | 曝光模式 | FPS 影響 | 運動穩定性 | 解析度 | 影像品質 (SNR) | 動態範圍增益 (dB) |
軟體 | 多重曝光 | 1/N | 靜態 | Full | ♦♦♦♦ | +N×☀ |
|---|---|---|---|---|---|---|
曝光融合 | 多重曝光 | 1/N | 靜態 | Full | ♦♦♦ | +N×☀ |
Binning 融合 | 單次曝光 | 1 | 好 | 減少 | ♦♦♦ | +☼ |
Dual ADC (IMX53X) | 單次曝光 | 1 | 好 | Full | ♦♦ | +☀ |
Dual Digital Gain | 單次曝光 | 1 | 好 | Full | ♦ | +☀ |
清晰 HDR (IMX676) | 單次曝光 | 1 | 好 | Full | ♦ | +☀ |
DOL HDR (IMX 676) | 內建多重曝光 單格週期 | 1 | 中度 | Full | ♦♦♦ | +☼~☀ |
Quad HDR (IMX900) | 多重曝光時間 在單一場景中使用 逐畫素控制 | 1 | 極佳 | 1/4 | ♦♦♦♦ | +☀☀ |
IMX490 | 單次曝光 像素級 HDR | 1 | 極佳 | 1/4 | ♦♦♦ | +☀☀ |
備註：
N = 曝光次數 | ☀ ≈ +24 dB 增益（雙重曝光）| ☼ ≈ +12 dB 增益（單路或部分 HDR）
實際的動態範圍增益取決於感光元件設計、場景內容以及實際實作方式。符號用於表示相對能力，而非在所有條件下皆具固定性能的數值。
成功導入 HDR 技術的關鍵，在於充分了解您檢測應用的具體需求。當客戶面臨複雜的光源挑戰時，我們會根據其物件的移動特性、產線節拍需求以及品質標準進行評估，並推薦最合適的 HDR 解決方案。我們的研發團隊已開發出多種 HDR 方法，分別針對不同的運動條件、解析度要求與系統整合需求量身設計。
摘要： 為什麼選擇 Basler HDR 成像？
對於高速生產線或細節導向檢測應用而言，沒有單一 HDR 方法能涵蓋所有需求。因此，Basler 提供多樣化 HDR 解決方案，因應不同動態、解析度與整合條件：
IMX676 所搭載的 DOL HDR 技術：針對動態場景與即時輸出提供平衡的整體效能表現。
相機內建 Tone Mapping：可直接從相機輸出適合顯示的 8-bit 影像。
多元 HDR 成像解決方案可供選擇：針對運動特性、解析度與訊雜比（SNR）之間的取捨進行最佳化。
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我們的工程團隊可協助您評估最適合您檢測需求的 HDR 解決方案，無論是 DOL HDR、雙 ADC，或是 Quad HDR，我們都能提供專業建議。
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