בראיית מכונה והדמיה תעשייתית, טווח דינמי הוא אחד מחווני הביצועים המרכזיים המשפיעים על איכות התמונה. הוא מתאר את היכולת של תמונה להציג בו זמנית פרטים באזורים בהירים וחשוכים כאחד.
כאשר הטווח הדינמי של המצלמה אינו מספיק, תמונות סובלות לעיתים קרובות מחשיפת יתר באזורים בהירים ומחושך מוחלט באזורים חשוכים, מה שמוביל לאובדן פרטים ופגיעה חמורה בדיוק הזיהוי ובדיוק זיהוי האלגוריתמים. לכן, הכנסת טכנולוגיית HDR (High Dynamic Range) הביאה אפקטי הדמיה מציאותיים יותר, ברורים יותר ומפורטים יותר למערכות ראייה תעשייתיות.
מהי טכנולוגיית HDR?
טכנולוגיית HDR מייעלת אזורי בהירות שונים במהלך תהליך ההדמיה, ומאפשרת לתמונות לשמור על הדרגות גוונים עשירות ופרטים גם בסצנות מורכבות עם הדגשות וצללים כאחד.
הוא נמצא בשימוש נרחב בבדיקות תעשייתיות, נהיגה אוטונומית, ניטור תנועה, הדמיה רפואית ותחומים אחרים, במיוחד בסביבות-עם ניגודיות גבוהה עם שינויים דרסטיים בתאורה או מתכות רפלקטיביות, שבהן היתרונות של הדמיית HDR בולטים במיוחד.
נכון לעכשיו, שיטות הטמעת HDR נפוצות במצלמות תעשייתיות כוללות בעיקר: HDR-יחיד, HDR כפול-הגבר ו-HDR מרובה-פריים.
HDR-יחידה
HDR של-פריים בודד מתייחס לטכנולוגיה הלוכדת מידע בו-זמנית מאזורים בהירים וחשוכים בחשיפה אחת. המערכת מקליטת אותות אור מאזורי בהירות שונים בתוך אותה מסגרת וממזגת אותם באמצעות אלגוריתמים ליצירת תמונה בטווח דינמי גבוה.
יתרונות:
דורש רק חשיפה אחת, ומבטל את הצורך בהיתוך ריבוי-מסגרות;
מונע ביעילות בעיות כגון אי יישור תוכן וטשטוש תנועה המתרחשים בפתרונות HDR מרובי-פריים;
מהירות הדמיה מהירה, מתאימה לסצנות דינמיות.
חסרונות:
רוב טכנולוגיות HDR-יחידות מקריבות רזולוציה מרחבית מסוימת;
דורש אלגוריתמים מתוחכמים יותר לעיבוד תמונה.
טכנולוגיה זו-מתאימה היטב ליישומים תעשייתיים-אמיתיים-בזמן גבוה, כגון זיהוי מהיר- והדמיית יעד נע.
Dual Gain HDR
בחיישני תמונה CMOS, ניתן לשפר את בהירות האות באמצעות התאמת רווח (כגון רווח אנלוגי ורווח דיגיטלי).
טכנולוגיית Dual Gain HDR מבוססת על עיקרון זה, ומשיגה טווח דינמי רחב יותר על ידי שימוש בערוצי רווח שונים בתנאי חשיפה שונים.
נכון לעכשיו, שתי שיטות רווח כפול נפוצות כוללות:
DCG (Dual Conversion Gain): השגת רווח המרה כפול ברמת הפיקסלים;
DGA (Dual Gain Amplifier): השגת רווח הגברה כפול במעגלי הקריאה.
גישה זו יכולה לשפר פרטים באזורים בהירים תוך הפחתת רעש באזורים חשוכים, ומאפשרת למצלמה לשמור על ניגודיות גבוהה ופלט רעש נמוך גם בתנאי תאורה מורכבים.
לכן, טכנולוגיית HDR עם רווח כפול נמצא בשימוש נרחב בתרחישים בטווח דינמי גבוה כגון בדיקת מוליכים למחצה, בדיקת משטח רפלקטיבי מתכתי וניטור תנועה חיצונית.
HDR מרובה-פריים
Multi-frame HDR (Multi-frame HDR) משיג טווח דינמי רחב יותר על ידי לכידת מספר פריימים עם זמני חשיפה שונים ומיזוגם באלגוריתם אחורי.
בהשוואה ל--frame HDR יחיד, HDR מרובה-פריים אינו מאבד רזולוציה מרחבית אלא סובל מירידה ברזולוציה הזמנית.
יישומי ריבוי-מסגרות נפוצים כוללים:
HDR מבוסס מסגרת{{0}
זה כרוך בלכידת-מסגרת חשיפה ארוכה ואחריה מסגרת חשיפה קצרה-, ואז איחוי אותן באמצעות ISP (עיבוד אותות תמונה) כדי ליצור תמונת HDR.
חסרונות: עקב הפרש הזמן בין שתי הפריימים, צפויות להתרחש טשטוש תנועה או ירידה בקצב הפריימים.
יתרונות:
שומר על פרטים עשירים ומייצר מעברים טבעיים בין אזורים בהירים לכהים;
איכות תמונה גבוהה, מתאימה לתרחישי זיהוי סטטי.
חסרונות:
לא יעיל עבור מטרות נעות;
זמן אחזור גבוה יותר מגביל את הביצועים-בזמן אמת.
היישום של טכנולוגיית HDR מאפשרמצלמות תעשייתיותלהתגבר על המגבלות הפיזיות של הדמיה מסורתית, להביא מידע תמונה ריאליסטי ומדויק יותר לראיית מכונה. מייצור אלקטרוניקה לנהיגה אוטונומית, מזיהוי פגמים על פני השטח ועד למערכות מיון אוטומטיות, HDR הופך לטכנולוגיית מפתח לשיפור האמינות והאינטליגנציה של בדיקה ויזואלית.
בעתיד, עם השיפור המתמיד של ביצועי חיישני התמונה ואופטימיזציית האלגוריתם, HDR לא רק יהווה פרמטר פונקציונלי של מצלמות תעשייתיות, אלא גם יתרון תחרותי מרכזי של מערכות הדמיה חכמות.
