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 專為滾動快門感光元件所設計，此類元件係逐行依序曝光。DOL HDR 不需等待整個影格曝光完成，而是在第一次曝光仍在進行時，即啟動下一次曝光。這種重疊使 HDR 得以在單一影格週期內實現，無需多次全畫幅擷取。
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：在單一影格內實現無縫的高光與陰影捕捉，非常適用於檢測微裂紋、刮痕或污染等缺陷，即使在具有高反射率或高對比的場景中也不例外。
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。由於曝光重疊，長短曝光之間的時間間隔大幅減少，這是軟體處理無法比擬的。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 | 多次影像傳輸 |
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 (dB) |
軟體 | 多重曝光 | 1/N | 差 | Full | ♦♦♦♦ | +N×☀ |
|---|---|---|---|---|---|---|
曝光融合 | 多重曝光 | 1/N | 差 | Full | ♦♦♦ | +N×☀ |
Binning 融合 | 單次曝光 | 無 | 好 | 減少 | ♦♦♦ | +☼ |
Dual ADC (IMX53X) | 單次曝光 | 無 | 好 | Full | ♦♦ | +☀ |
Dual Gain | 單次曝光 | 減半至適中，視實際情況而定 | 好 | Full | ♦ | +☀ |
清晰 HDR (IMX676) | 單次曝光 | 無 | 好 | Full | ♦ | +☀ |
DOL HDR (IMX 676) | 內建雙重曝光 | 中度 | 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 | 無 | 極佳 | 1/4 | ♦♦♦♦ | +☀☀ |
IMX490 | 單次曝光 畫素級 HDR | 無 | 極佳 | 1/4 | ♦♦♦ | +☀☀ |
備註：
N = 曝光次數 | ☀ ≈ +24 dB （雙重曝光）| ☼ ≈ +12 dB （單路 HDR）
實際的動態範圍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：
全方位選項： 涵蓋多重與單次曝光方法、感光元件級功能以及基於 FPGA
易於整合： 即時 HDR 與機內色調映射，可降低主機端的處理需求。
可擴展且具備未來性： 支援最新的感光元件技術，以應對不斷變化的檢測需求。搭配機內處理
需要協助選擇合適的 HDR 技術嗎？
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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