HDR：捕捉每一个细节，从亮部到暗部，将嵌入式视觉推向全新境界

相机技术的演进历程迅速而深刻——从模拟相机到数字系统，再到如今人手一部的智能手机相机，转变之快令人惊叹。与此同时，相机也悄然进入工业领域，成为嵌入式系统不可或缺的核心组件。

这些嵌入式相机常应用于机器视觉，结合 AI 后更能实现智能识别能力。然而，有别于人眼，机器无法快速适应光线条件的变化。正因如此，HDR 技术——以擅长处理高对比度场景而广为人知——如今已被工业与嵌入式应用广泛采纳，用以应对上述挑战。

究竟什么是 HDR？

HDR 是 High Dynamic Range 的缩写。谈到 HDR，必须区分影像采集端的 HDR 与显示端的 HDR。
相机端的 HDR = 采集更丰富的光线信息
显示器端的 HDR = 忠实且生动地呈现这些信息
本文聚焦于相机图像传感器的能力，此处所说的“动态范围”，是指图像中所能采集的光线强度范围。

处理流程：从传感器采集到 ISP 处理

HDR 是一种协助相机同时采集场景中亮部与暗部细节的技术。

多重曝光 HDR：静态场景的最高图像质量
此方法通过调整快门速度，连续拍摄不同亮度的图像，再将其合成为单张图像，同时保留阴影与高光区域的细节。采用此方法时，仅快门速度会改变，其他设置维持不变，确保各张图像仅在亮度上有所差异，便于对齐与合成，并产生均衡的 HDR 图像。此方法能产出视觉效果最佳的图像，适合强调图像质量与视觉美感的静态场景。

单帧 HDR：动态环境的实时采集
有别于多张图像的拍摄方式，单帧 HDR 采用特殊图像传感器，可在单次曝光中同时记录亮部与暗部信息。这类传感器在“像素”或“行/列”层级对强光与弱光信号进行差异化处理，再合成为单张高动态范围图像。

此方法亦称为子像素 HDR (Subpixel HDR) 或分像素 HDR (Split-pixel HDR)，其原理是将传感器上的每个像素分成两个具有不同感光度的子像素：较大的高感光度子像素负责采集暗部细节，较小的低感光度子像素则保留高光信息。

通过同步读取并整合两个子像素的信号，传感器得以在单一帧内实现更宽广的动态范围。

由于所有亮度信息均在同一时刻采集，单帧 HDR 可避免动态伪影，特别适用于含有移动物体或光线快速变化的动态场景。

完成 HDR 图像采集后，下一步是 “色调映射 (Tone Mapping)”，用以调整并压缩图像数据，使其可供实际应用。色调映射将宽广的亮度范围压缩为标准显示器与 AI 系统可处理的格式，同时保留暗部与亮部的重要细节。在嵌入式视觉系统中，此程序通常由图像信号处理器 (ISP) 负责执行，实现实时图像优化，以支持后续分析与 AI 推理。

如何衡量动态范围？

在阅读相机规格时，偶尔会看到 "96 dB" 或 "10 stops"。这些数字究竟代表什么？

动态范围通常以分贝 (dB) 表示，代表传感器所能区分的最强与最弱信号之间的比值。
 

多数智能手机相机的动态范围约为 60 至 70 dB，而高阶或工业相机则可达到更高的数值。

在摄影领域，动态范围也常以“级 (stops)”表示，描述传感器能够采集的亮度层次范围。

每增加一级，代表光线亮度加倍：

1 级 (stop) = 亮度差异 2 倍

2 级 (stops) = 亮度差异 4 倍 (2²)

10 级 (stops) = 亮度差异 1,024 倍 (2¹⁰)

1 stop ≈ 6.02 dB，原因如下：亮度比值为 2 (亮部/暗部 = 2) 时：

dB=20×log10 (2)≈20×0.3010=6.02 dB

因此，每 6 dB 大约等于动态范围的 1 级 (1 stop)。

以具有 72 dB 动态范围的传感器为例，可采集约 12 stops 的动态范围。
 

级数 (Stops) 与动态范围 (dB) 对照表
 

随着 HDR 在工业机器视觉中的重要性日益提升，宜鼎通过专为嵌入式与工业环境所开发的相机，将这一能力转化为实际应用。宜鼎相机提供高达 120 dB (约 20 stops) 的动态范围，让用户能够在超过 1,000,000:1 的亮度对比下保留细节，可广泛应用于工业 HDR 场景。此外，提供多种外形与规格选项，能够满足各类嵌入式应用与环境需求。

Model
	EV2U-LOM1-RHCF	EV2F-OOM3-RHCF	EV3F-ZSM1-RXCF
Output I/O	USB 2.0	GMSL2	GMSL2
Resolution (Max.)	2MP	2MP	3MP
Frame Rate (Max.)	30fps	30fps	60fps
Festures	HDR/ 120dB	HDR/ 120dB	HDR/ 120dB

不只是图像采集：HDR 在工业机器视觉中的实际价值

在消费级相机产品中，HDR 显然让照片更加吸睛生动，并提供更丰富的图像信息，为后期色彩调整带来更大的弹性空间。

但在嵌入式机器视觉中，HDR 的价值不仅在于产出美丽的图像——它直接提升了作业精准度与成功率，对于优先考量识别能力而非视觉美感的边缘 AI 系统而言尤为重要。

常见嵌入式应用场景：

• 户外智能门铃采用 HDR 相机，在强烈逆光环境下仍能清晰采集人脸细节。
• 智能停车系统通过视觉识别，在复杂的户外光线条件下识别车辆与停车相关信息。
• 户外自主移动机器人 (AMR)，如农业机器人，利用 HDR 相机在强烈日照与阴影交错的环境中实现可靠导航。
• 自助结账设备的俯视 HDR 相机，从上方采集商品图像，并在多变的光线条件下实现可靠的商品识别。

上述案例说明，HDR 不只是为了捕捉美丽的图像画面——更重要的是，它确保边缘 AI 应用设备，能在复杂光线环境下仍清晰识别关键细节。
 

宜鼎相机的差异化优势

HDR 是标配，可靠性才是关键

HDR 技术十分普及，但并非所有 HDR 相机都具备工业级的性能水准。宜鼎的 HDR 相机解决方案以可靠性、灵活性与无缝系统整合为核心开发理念。

定制化设计与图像调校能力

宜鼎的相机模组系列，以弹性设计为核心，模块化架构整合镜头、传感器与 ISP，支持 MIPI 与 GMSL2 驱动程序，并可依应用需求进行定制化调整。此外，亦提供专业的图像质量调校服务，以满足特定视觉或环境需求。
 

可靠的制造品质与完整验证

宜鼎相机模组全数于台湾自有的研发制造中心完成制造与验证，确保生产过程具备高度的物料追溯能力与一致性。在验证方面，宜鼎提供完整的测试文件，让每项产品的品质皆有据可查。

上述优势使宜鼎相机成为需要高性能 HDR 图像的嵌入式应用场景的可靠选择——在光线细节至关重要的环境中，宜鼎提供了最值得信赖的解决方案。