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工业相机呈现的高动态范围成像

作者:康耐德智能 浏览:161 发表时间:2020-06-08 09:35:00 来源:网络资源

为了增加图像的动态范围,基本有两种方法——改进硬件来增加感光组件的动态范围,以及通过软件算法来改进。CMOS工业相机感光组件的动态范围取决于像素颜色饱和前(饱和能力),感光组件的像素可以保持的大电子数,以及像素中的暗噪点(在输出电荷时所产生的噪声),因此,为了增加动态范围,可尝试进一步减少暗噪点或增加饱和容量。尽管暗噪点取决于感光组件的电子特性,如要增加像素饱和能力,仍可通过较大的像素(因为更多像素表面区域代表暴露于更多光子,产生更大的电荷)或从本质上提升像素结构来实现。


除了改良[工业相机]外,也可以通过算法方式来提升动态范围。这些算法改进的根基为使用不同曝光时间来获取图像数据。其中较为熟知的方法是以“时变曝光”(例如,以不同曝光时间获取的几幅完整图像)作为数据基础。


基本假设为一工业相机的像素值,近似线性地取决于入射光量和曝光时间,这样一来,即使像素不饱和,也可以根据已知的曝光时间来决定潜在的入射光量(或与其成正比的数量)。在饱和像素的情况下,对应的像素值用于几个较短的曝光时间。通过这种方式,与一次曝光相比,可以确定更大面积的入射光量。曝光序列的优点在于,可在扩大范围内决定亮度而不损失任何局部分辨率。尽管如此,多重曝光可能产生不必要的伪影,特别是在物体移动的情况下。



为了避免多重曝光造成的伪影,现代工业相机提供“空间变化曝光”技术。该技术在不同曝光时间下曝光感光组件上的某些特定像素组。例如,常见的变体使用不同的曝光时间,交替曝光两条图像线。由于曝光同时开始,从而能小化因画面移动所引起的伪影。然而,在这种情形下,不同曝光像素之间不存在11的对应关系,高动态范围的图像的像素要通过内插计算。这个过程无可避免地会产生分辨率损失,并产生伪影现象,特别是在边缘结构的部分。


展示高动态范围图像时,人们通常直接看见的是显示器中展现的动态范围(与人类视觉感知相比较小)。虽然目前已有提供更高动态范围的图像显示器,但仍未普及。假如要在动态范围较低的设备上显示高动态范围图像,则必须通过色调映像来降低其动态范围。目前并没有明确定义要如何降低动态范围,具体取决于预期的目标。例如,接近真实场景或达到某主观及艺术质量之图像。基本上是在全局(global)及局部(local)色调映像算法上做区别。全局算法的例子为不管在哪个位置,相同转换所有像素,极为高效且可进行实时数据处理。局部算法则是在局部像素区域中,尽可能维持合理的对比度。局部算法需要更密集的CPU运算,但通常也提供更高对比度度的图像。



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