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Allied Vision Technologies 社カメラシリーズ High Dynamic Range モードについて

2008.9 Ver1.00 AproLink


はじめに 本ドキュメントは HDR の機能について Guppy F036 カメラの例を用いて記述しています。 HDR (high dynamic range) モード(GUPPY F-036/CMOS) GUPPY F-036 はマイクロン MT9V022 センサーを搭載しており、HDR(HDR = high dynamic range)モードを使用する事が できます。 HDR モードは、識別したイルミネーション領域をさらに高くすることができます。MT9V022 センサーは、110dB を越え るダイナミックレンジを実現できます。従って Guppy F036 カメラは室内、屋外での映像取得に適しており、セキュリ ティや車載でのマシンビジョンの用途に理想的なカメラといえます。

HDR オーバービュー(HiDy センサー) MT9V022 センサーで HiDy(high, intrascene-dynamic range)を実現できます。HiDY は Micron でのハイダイナミックレン ジ(HDR)モードの名称です。 アナログ信号チェーンと ADC は、 非常に高いレベルのイルミネーションでのみ飽和が発生するように設計されています。 ピクセルオペレーションは露光の間、ピクセル飽和レベルでの自動露光制御とニーポイント(1 つか 2 つ)のマニュアル調 整を許可します。自動制御はイルミネーションに対し区分的に一定な線形応答を作成します。ニーポイントを手動で調 整するのに対して、露光時間は自動的に制御されます。

・線形応答は飽和を起こしている部分で、高輝度な箇所を失う原因となります。 ・区分的に一定な線形応答は高輝度な部分圧縮の原因となります。 (1 番目と 2 番目のニーポイント)、しかしシーンは大きく増加します。

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Pixel operations in detail 次のダイアグラムは、ピクセルオペレーションの原理をあらわしています。

1. Exposure start: 露光開始によって、画素の電荷はリセットメカニズムによって消去されます。 露光が開始し電荷は画素にたまります。 このとき、前のフレームからの電荷は、ストレージノードの上で、リードアウ トされます。 ストレージコントロールは 0V で行われます。

2. Storage control gate open: 前のフレームの電荷がストレージノードにリードアウトされた時、ストレージ制御ゲートが開かれ飽和制御ゲートは、 レベル V1 に調整されます。すでにこのレベルに溜まっている電荷は VAA にあふれます。

3. Final steps: Shutter Width1 の後、飽和制御ゲートは V2 レベルに調整されます。 そのため、V2 に設定されたレベルを超えれば、電荷の蓄積または排出を許可します。 Shutter Width2 の後、ゲートは、電圧レベル V3 に調整されます。 Total Shutter Width の後、最終的に、スートレージ制御は終了します。 格納ノードのすべての電荷は分離します。 こ れは次のフレームインテグレーション時間に読み出されます。

注意: auto knee-adjust モードでは Shutter Width 1+2 と Total Shutter a は自動制御されます。

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Single knee point vs. two knee points Single knee point オペレーションとは 1 つのニーポイントのみ制御できます。下の左側のダイアグラムは、自動ニー調整モードで 1 つのニーポイントでの飽 和制御です。

Two knee point オペレーションとは 2 つのニーポイントを制御できます。(下図左) 以下のダイアグラムは、自動ニーポイント調整モードで、2 つのニーポイントによる制御を表わしています。

注意:自動ニー調整モードでは、高ダイナミックレンジに到達するため、トータルシャッター幅を最大 480 に維持しよ うとします。

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HiDy センサーの効果 マイクロンの MT9V022 は、典型的な HiDy センサーで、ニーポイントを設定するこ とにより FPN(固定パターンノイズ)を大幅に減少できます。このため画質を大きく向上する事ができます。多くの信号に 対し、 一般的な通常のセンサーでは 4LSBs で計測される一時ノイズを 1.5LSBs と低い一時ノイズとして計測を行います。

ハイダイナミックレンジモード(HDR)の設定レジスタ (GUPPY F-036 の場合) Guppy-036 のでは、ハイダイナミックレンジ(HDR)で最大 2 つまでのニーポイントを設定する事ができます。

Register

Name

Field

Bit

Description

0xF1000280

HDR_CONTRO

Presence_Inq

[0]

Indicates presence of this feature(read only)

L

---

[1..5]

予約

ON_OFF

[6]

HDR モード ON/OFF

---

[7..19]

予約

MaxKneePoints

[20..23]

(リードオンリー)最大ニーポイント数 (2)

---

[24..27]

予約

KneePoints

[28..31]

使用するニーポイント数設定(最大 2)

KneeVoltage_1

[0..7]

飽和レベルの調整(0-256)

KneeVoltage_2

[8..15]

飽和レベルの調整(0-256)

KneeTime_1

[16..31]

実行しないが値は>0 でなければならない

KneeVoltage_3

[0..7]

飽和レベルの調整(0-256)

KneeVoltage_4

[8..15]

飽和レベルの調整(0-256)

KneeTime_2

[16..31]

実行しないが値は>0 でなければならない

---

[0..31]

予約

0xF1000284

0xF1000288

0xF100028C

KNEEPOINT_1

KNEEPOINT_2

KNEEPOINT_3

ハイダイナミックレンジ(HDR)定義レジスタ 注意:GUPPY F-036 の HDR は、自動ニーポイント調整モード(automatic knee point adjustment mode) でのみ実行で きます。これは、ニータイムがセンサーで自動的に計算されるためです。(ニーポイントのボルテージ値によって計算さ れます)

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改定履歴 日付 2008/9/5

内容 初版

Version 1.00

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/AproLink_AVT_HDR_v1.0_080905  

http://www.aprolink.jp/doc/dldata/training/AVT/AproLink_AVT_HDR_v1.0_080905.pdf

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