HDR成像与色调映射
工业与电子制造场景常存在高对比度成像环境，亮色反光表面与暗色凹陷区域相邻。标准成像系统难以在极端光照条件下完整捕获所有细节，特别是在 throughput 要求严格的场景中。Basler 提供一系列支持 HDR 的视觉方案，可满足运动、对比度和 throughput 需求。本用例展示了基于 IMX676 的 DOL HDR 选项在实际中的应用。
在反光、透明与阴影表面实现可靠检测
许多低对比度、微米级缺陷检测应用常面临极端对比度场景，带来显著的成像挑战。典型应用场景包括：
在这些挑战性场景中，即便采用最优照明设计，也难以完全解决以下基本光学矛盾：既要恰当曝光高亮反光区域而不使其过曝，又需在暗区捕获足够细节而不产生欠曝。
标准成像方法难以同时捕获这些高对比度场景全动态范围内的关键细节。该局限常导致高光或阴影部分的关键信息丢失，严重影响精密检测应用中缺陷检测的准确性与可靠性。
应用示例：内置 HDR 与色调映射的 IMX676
采用 Sony IMX676 传感器的 Basler ace 2 相机，通过 DOL HDR 与机内色调映射可实现高达 80 dB 的动态范围，无需主机端处理即可生成均衡图像。它支持 Bayer8、Bayer16、RGB8 和 YCbCr 输出格式，适用于显示与算法处理。
采用 DOL HDR 实现高光-阴影无缝捕获
数字重叠（DOL）HDR，亦称行交错 HDR，通过交错长短曝光行在一个周期内捕获两次曝光。这使得同时捕获明亮与昏暗区域无需多帧拍摄。
Basler 通过固件级优化与内置色调映射，将 DOL HDR 直接集成于 ace 2 IMX676 相机中。该实现可直接输出适用于即时显示或处理的高动态范围图像，无需外部同步、复杂曝光时序或主机端图像融合。
最终实现：单次拍摄中无缝捕获高光与阴影，非常适用于检测微裂纹、划痕或污染等缺陷，即使在高反光或强对比场景中亦表现优异。
从原始数据到显示：色调映射的作用
如 IMX676 这类 HDR 传感器可输出高比特深度数据（如 16 位 Bayer），保留阴影与高光区域的完整动态范围。色调映射将该动态范围非线性压缩至 8 位格式（如 Bayer8、RGB、YCbCr），以便在标准显示器上显示。
在 ace 2 IMX676 中，色调映射直接集成于相机固件。这使得无需额外主机端处理即可获得实时、自然的图像，尤其适用于供操作人员观察的场景。
然而，对于由算法进行图像处理的机器视觉应用，色调映射为可选功能。算法可直接处理原始高比特深度数据，保留完整动态范围与精度。
机内 DOL-HDR 与色调映射 vs. 软件视觉方案
相较于 OpenCV 等基于软件的 HDR 方法，带色调映射的机内 DOL-HDR 具有显著优势。由于采用行交错方式进行曝光重叠，长短曝光之间的时间间隔大幅缩短，这是软件处理无法实现的。这带来了更快速、更干净的 HDR 输出，尤其适用于实时及对运动敏感的应用。下表列出了关键差异：
特性 | ace 2 IMX676 带 DOL-HDR + 色调映射 | 基于软件的 HDR（例如 OpenCV） |
处理速度 | 相机内实时处理 | 速度较慢，需占用 CPU/GPU 资源 |
|---|---|---|
延迟 | 极低 | 较高 |
运动伪影 | 最小化 | 出现重影的风险较高 |
带宽效率 | 输出单路优化图像 | 需传输多张曝光图像 |
适用场景 | 工业视觉 | 摄影；后处理场景 |
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虽然配备动态优化（DOL）HDR和色调映射功能的IMX676传感器适用于众多主流应用场景，但Basler同时支持多种HDR技术方案，每种方案均针对特定需求量身定制.：
HDR 方法 | 曝光模式 | 帧率影响 | 运动鲁棒性 | 分辨率 | 图像质量 (信噪比) | 动态范围增益 (dB) |
软件 HDR | 多曝光 | 1/N | 静态场景 | 全分辨率 | ♦♦♦♦ | +N×☀ |
|---|---|---|---|---|---|---|
曝光融合 | 多曝光 | 1/N | 静态场景 | 全分辨率 | ♦♦♦ | +N×☀ |
Binning 融合 | 单次曝光 | 1 | 良好 | 分辨率降低 | ♦♦♦ | +☼ |
双ADC (IMX53X) | 单次曝光 | 1 | 良好 | 全分辨率 | ♦♦ | +☀ |
双数字增益 | 单次曝光 | 1 | 良好 | 全分辨率 | ♦ | +☀ |
Clear HDR (IMX676) | 单次曝光 | 1 | 良好 | 全分辨率 | ♦ | +☀ |
DOL HDR (IMX676) | 单帧周期内多曝光 | 1 | 中等 | 全分辨率 | ♦♦♦ | +☼~☀ |
Quad HDR (IMX900) | 单场景多曝光时间（像素级控制） | 1 | 优异 | 1/4分辨率 | ♦♦♦♦ | +☀☀ |
IMX490 | 单次曝光（像素级 HDR） | 1 | 优异 | 1/4分辨率 | ♦♦♦ | +☀☀ |
注：
N = 曝光次数
☀ ≈ +24 dB 增益（双曝光）
☼ ≈ +12 dB 增益（单路或部分 HDR）
实际动态范围增益取决于传感器设计、场景内容及具体实现。以上符号用于表示相对能力，并不代表在所有条件下的固定性能。
HDR 成功实施的关键在于理解您特定的检测要求。当客户带着具有挑战性的光照场景咨询我们时，我们会评估其物体运动模式、生产吞吐量需求和质量要求，以推荐最佳的 HDR 视觉方案。我们的研发团队已开发一系列 HDR 方法，每种方法都针对不同的运动、分辨率和集成需求而设计。
总结：为何选择 Basler HDR 成像视觉方案？
对于高速产线或细节要求苛刻的检测，没有单一的 HDR 方法能适用所有场景。正因如此，Basler 提供灵活的 HDR 成像视觉方案组合，以匹配不同的运动与成像需求：
基于 IMX676 的 DOL HDR： 在动态场景和实时输出需求间实现平衡性能。
机内色调映射： 支持直接从相机输出适用于显示的 8 位图像。
多种可选的 HDR 成像视觉方案： 针对运动处理、分辨率和信噪比的不同权衡进行了优化。
在选择适合的HDR方法时遇到疑问？
我们的工程师可帮助您评估哪种 HDR 视觉方案最适合您的检测需求，无论是 DOL HDR、双 ADC 还是 Quad HDR。
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