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HDR vision artificial

¿Qué es el rango dinámico? El rango dinámico es la diferencia existente entre la parte más oscura de una fotografía y la más clara, es decir, el contraste que puede haber en una imagen. Esta diferencia generalmente se expresa en bits o en dB.

El HDR (High Dynamic Range) se utiliza cuando no se logra capturar una imagen correctamente por la diferencia de contrastes, o bien está subexpuesta (demasiado oscura) o sobreexpuesta (demasiado clara). Mediante el HDR se puede fusionar fotos subexpuesta y sobrexpuesta para obtener una imagen “perfecta”.

Hay muchas maneras de hacer HDR, pero las tres más comunes son:

– Fusión de imagen secuencial

– Integración de píxel multi-slope

– Fusión de imagen de sensor dual

 

Fusión de imagen secuencial

Este método lo utilizan los fotógrafos desde hace muchos años para fotografía de paisajes o escenas con poco movimiento. Consiste en hacer dos fotografías consecutivas de la misma escena de alto contraste y cambiando el nivel de exposición de la segunda imagen.

Mediante el software se unen las dos imágenes, usando los puntos de solapamiento como referencia. Los píxeles saturados de la primera imagen son substituidos con los valores de los píxeles no saturados de la segunda imagen.

A primera vista esta técnica parece que no sea la más indicada a la hora de trabajar con sistemas de visión artificial, especialmente en aquellas aplicaciones que impliquen movimientos rápidos. Gracias a la función de Sequence Trigger que incorporan la mayoría de cámaras JAI, se puede utilizar dos exposiciones distintas en el mismo disparo. Cámaras como la SP-5000 CXP4 de JAI, ofrece imágenes de 5 megapíxeles a 250 fps y puede aceptar Sequence triggers a un intervalo aproximado de 1/250 de segundo. JAI ha desarrollado un SDK y un software que lleva incorporado la función de fusionar automáticamente las fotografías que se producen con el Sequence Trigger.

capturas

 

Integración de pixel multi-slope

Este método para hacer HDR, se conoce con el nombre de multi-slope o dual-slope, hace referencia a cómo se ve el gráfico de la integración del píxel cuando se aplica dicho método. Para las imágenes de HDR, el objetivo es intentar que los puntos claros no se saturen, tratando que no se oscurezca el resto de la imagen, ampliando así el rango de contraste. Con el método multi-scope, esto se consigue estableciendo un punto de reset durante el tiempo de exposición.

En el punto de reset, todos los píxeles se analizan con la función HDR de la cámara. Cualquier píxel con un nivel de saturación más alto que el nivel de reset (90% de su saturación, por ejemplo) son reseteados al 80% para que puedan seguir acumulando electrones durante el resto del período de exposición. El efecto obtenido es como si las zonas de píxeles que estaban demasiado saturadas hayan sido rebajadas a un nivel inferior.

reset_point

Fusión de imagen de sensor dual

El último método, que en  visión artificial se utiliza para capturar imágenes en HDR, emplea un sensor dual y un prisma que se encarga de separar la luz que entra a la cámara, de esta forma se puede capturar la misma imagen en una escena de alto contraste.

Usando velocidad y ganancia distintas en las dos imágenes, las áreas claras y oscuras son controladas por dos imágenes separadas, al igual que en el primer método. La diferencia con el primer método es que el prisma permite capturar las dos imágenes en el mismo instante.

Las cámaras de JAI AD-080, AD-131 y AD-132 ofrecen al usuario distintas opciones para fusionarse y obtener las imágenes en HDR. Todos estos modelos utilizan sensores CCD para conseguir una calidad de imagen máxima.

dual_sensor