ADAS-CIS相机关键参数-HDR专题

laoxiang21

“ HDR是可见光相机的关键参数之一，它代表了相机可以同时展示暗部以及亮度细节的能力。”



SDR&HDR对比

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HDR定义

HDR(High Dynamic Range)，代表了sensor在一幅图像里能够同时体现高光和阴影部分内容的能力。其公式定义如下：

DR=20log(Up_sat/ Up_abs)

其中，Up_sat为饱和容量光子数量，是图像std最大时pixel接受光子的数量，Up_abs是SNR=1时的光子数量。

当然，如果测试设备无法测量光子数量的时候，也可以用Uy_sat以及Uy_abs进行替代，即图像灰度值进行计算。

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HDR实现方式

2.1 多帧曝光合成

DOL(Digital Overlap)，Sensor分时输出不同曝光时间的图像，如长16ms曝光、中1ms曝光、短0.0625ms，最后Sensor输出三张不同曝光的图像给到后端ISP，然后ISP进行HDR合成HDR图像。

DOL相机曝光时序如下所示：



由于DOL相机三帧图像不是一个时刻输出的，因此三张图像捕捉的是非统一时刻的图像，所以很明显的一个问题就是拍摄运动物体时会有运动模糊现象，如下所示：



DOL优缺点总结：

优势：技术成熟，成本低、制造工艺成熟

劣势：运动模糊严重

2.2 DCG技术

DCG(Dual Conversion Gain)，Sensor同一时刻输出两张不同转化增益(HCG+LCG)的图像。其Pixel架构图相对于传统的架构变化如下所示：



在DCG开启时，额外电容增加到FD上，FD电容容量增加，此时工作在LCG模式下，可以保证在高亮时不过曝。

关闭DCG时，此时额外电容断开，FD电容变小，工作在HCG模式，可以保证暗部有着较高的灵敏度。

在DJI Mavic Mini3 Pro上，主摄便采用了OV带有DCG技术的相机，在相机领域更多叫ISO，即感光度。



DCG解决了DOL相机运动模糊的问题，在一个时刻Sensor可以同时输出两张不同灵敏度的图像。

DCG优缺点总结：

优势：同一时刻输出，无运动模糊

劣势：成本高，制造工艺复杂

2.3 大小像素

大小像素技术(Sub Pixel)，Sensor每个pixel都有一大一小两个子像素，两个像素可以单独控制曝光增益，因此可以有同一时刻可以输出四张图像，SP1H、SP1L、SP2H、SP2L，如索尼车载IMX490使用了此技术。

Sub Pixel技术不同Sensor厂家有不同的实现，大致分类如下所示：

1+1，真大像素+真小像素

3+1，大像素由3个小像素bining合成，小像素单独

8+1，大像素由8个小像素bining合成，小像素单独

大小像素技术+DCG技术，使得sensor单帧便可以达到120dB的效果，且无运动模糊，目前是车载领域比较完美的解决方案。

Sub Pixel优缺点总结：

优势：同一时刻输出，无运动模糊

劣势：成本高，制造工艺复杂

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SNR DROP

HDR在合成时由于大小Pixel之间或者不同的Converison Gain不同，因此灵敏度不同、这就会在HDR合成区间有明显的SNR下降，即SNR DROP，如下图所示：



上图中，SNR垂直下降的地方便是HDR合成区间。图中深蓝色的为140dB，浅灰为120dB，二者区别就是曝光比不同。可以看出，为了追求高动态范围，SNR下降也更加严重，在图像中会有明显的噪声带。

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结束语

高动态HDR实现各家有着不同的方案，但最终方案还是希望一个大像素做到120dB，解决现有HDR方案的一些问题，不过这依赖材料以及物理学的进步，加油吧！

如果本文有用，希望各位看官老爷点个关注~

marjrh

关于ADAS-CIS相机关键参数——HDR专题，以下为回复内容：

关于HDR的定义与公式说明：HDR，即高动态范围技术，在可见光相机中是一项至关重要的参数。它能够确保相机在复杂光线环境下同时捕捉暗部与亮部的细节。HDR的计算公式考虑了传感器所能捕捉的光子数量差异。实际应用中，若无法直接测量光子数量，也可以通过其他方法进行评定。而对比传统的SDR（标准动态范围），HDR的优势在于其能提供更广阔的亮度层次和更真实的色彩还原。在ADAS系统中，HDR技术对于提升自动驾驶辅助系统的性能至关重要，特别是在恶劣天气和高对比度场景中。因此，在选择ADAS-CIS相机时，HDR性能是必须要考虑的关键参数之一。

xiaocheng

回复帖子：

关于ADAS-CIS相机关键参数中的HDR专题，您所提及的HDR确实是可见光相机的核心参数，它能让相机同时展现暗部与亮部的细节，提升图像整体质量。

关于SDR与HDR的对比，HDR能够在一幅图像中体现高光和阴影部分的内容，其定义通过公式表达为DR=20log(Upsat/ Upabs)。当测试设备无法测量光子数量时，可以根据其他技术规格与测试方法进行评估。在实际应用中，HDR能显著提高图像在极端光照环境下的表现，对于ADAS系统来说至关重要。

针对您提供的关于ADAS-CIS相机关键参数中关于HDR的专题讨论，现回复如下：

HDR作为可见光相机的关键参数，其重要性在于能够提升相机在复杂光照环境下的性能表现。在图像中同时展现高光和阴影部分的内容，极大地提高了图像的视觉质量和细节展现能力。对于公式DR=20log(Upsat/ Upabs)，这是衡量相机HDR性能的一种量化指标。在实际应用中，当测试设备无法直接测量光子数量时，可以采用其他参数或方法间接评估HDR性能。与SDR相比，HDR能提供更广泛的亮度范围和更好的色彩表现。在自动驾驶辅助系统中，HDR技术对于提升ADAS-CIS相机的性能至关重要。随着技术的发展，未来HDR技术将在汽车领域发挥更大的作用。

xiaocheng

针对您提供的帖子内容，作为一名汽车工程师，我针对ADAS-CIS相机关键参数中的HDR专题回复如下：

关于HDR的定义和重要性，HDR（High Dynamic Range）技术对于可见光相机而言是核心参数之一，它代表了相机在单一图像中展现高亮与阴影部分细节的能力。对于汽车ADAS系统来说，这一技术能显著提升视觉感知的准确性，特别是在高对比度环境中。

关于SDR与HDR的对比，SDR（标准动态范围）仅能展现普通环境下的亮度范围，而HDR则可以更好地捕捉场景中的明暗对比，提供更为真实和全面的视觉信息。此外，HDR技术通过特定的算法调整图像中的亮度分布，优化视觉效果。

至于您提到的公式定义，它是从理论上描述HDR能力的一种方式。在实际应用中，我们更关注其在不同光照条件下的实际表现，如是否能有效平衡亮部和暗部的细节展现等。在选择相机时，还需要结合具体应用场景和系统需求进行综合考虑。