HDR：捕捉每一個細節，從亮部到暗部，將嵌入式視覺推向全新境界

相機技術的演進歷程迅速而深刻—從類比相機到數位系統，再到今日人手一機的智慧型手機相機，轉變之快令人驚嘆。與此同時，相機也悄然進入工業領域，成為嵌入式系統不可或缺的核心元件。  

這些嵌入式相機常應用於機器視覺，結合 AI 後更能實現智慧辨識能力。然而，有別於人眼，機器無法快速適應光線條件的變化。正因如此，HDR 技術—以擅長處理高對比場景而廣為人知—如今已被工業與嵌入式應用廣泛採納，用以應對上述挑戰。

究竟什麼是 HDR?

HDR 是 High Dynamic Range (高動態範圍) 的縮寫。談到 HDR，必須區分影像擷取端的 HDR 與顯示端的 HDR。
相機端的 HDR = 擷取更豐富的光線資訊 = capturing more light information
顯示器端的 HDR = display 忠實且生動地呈現這些資訊
本文聚焦於相機影像感測器的能力，此處所說的「動態範圍」，是指影像中所能擷取的光線強度範圍。

處理流程：從感測器擷取到 ISP 處理 

HDR 是一種協助相機同時擷取場景中亮部與暗部細節的技術。 

多重曝光 HDR：靜態場景的最高影像品質
此方法透過調整快門速度， 連續拍攝不同亮度的影像 ，再將其 合成為單張影像 同時保留陰影與高光區域的細節。採用此方法時，僅快門速度會改變，其他設定維持不變，確保各張影像僅在亮度上有所差異，便於對齊與合成，並產生均衡的 HDR 影像。此方法能產出視覺效果最佳的影像， 適合強調影像品質與視覺美感的靜態場景。

單幀 HDR：動態環境的即時擷取
有別於多張影像的拍攝方式，單幀 HDR 採用 特殊影像感測器 ，可在單次曝光中 同時記錄亮部與暗部資訊。這類感測器在「像素」或「行/列」層級對強光與弱光訊號進行差異化處理，再合成為單張高動態範圍影像。

此方法亦稱為 子像素 HDR (Subpixel HDR) 或 分像素 HDR (Split-pixel HDR)，其原理是將感測器上的每個像素分成兩個具有不同感光度的子像素：較大的高感光度子像素負責擷取暗部細節，較小的低感光度子像素則保留高光資訊。 

透過同步讀取並整合兩個子像素的訊號，感測器得以在單一幀內實現更寬廣的動態範圍。 

由於所有亮度資訊均在同一時刻擷取，單幀 HDR 可避免動態偽影，特別適用於含有移動物體或光線快速變化的動態場景。

完成 HDR 影像擷取後，下一步是「色調映射(Tone Mapping)」，用以調整並壓縮影像資料，使其可供實際應用。色調映射將寬廣的亮度範圍壓縮為標準顯示器與 AI 系統可處理的格式，同時保留暗部與亮部的重要細節。在嵌入式視覺系統中，此程序通常由影像訊號處理器 (ISP)負責執行，實現即時影像優化，以支援後續分析與 AI 推論。

如何衡量動態範圍？

在閱讀相機規格時，偶爾會看到 「96 dB」或「10 stops」等數值。這些數字究竟代表什麼？

動態範圍通常以分貝(dB)表示，代表感測器所能區分的最強與最弱訊號之間的比值。
 

多數智慧型手機相機的動態範圍約為 60 至 70 dB，而高階或工業相機則可達到更高的數值。

在攝影領域，動態範圍也常以「級(stops)」表示，描述感測器能夠擷取的亮度層次範圍。

每增加一級，代表光線亮度加倍：

1 級(stop) = 亮度差異 2 倍

2 級(stops) = 亮度差異 4 倍(2²)

10 級（stops）= 亮度差異 1，024 倍(2¹⁰)

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

dB=20×log10 (2)≈20×0.3010=6.02 dB

因此，每 6 dB 大約等於動態範圍的 1 級(1 stop)。

以具有 72 dB 動態範圍的感測器為例，可擷取約 12 stops 的動態範圍。
 

級數(Stops)與動態範圍(dB)對照表 
 

隨著 HDR 在工業機器視覺中的重要性日益提升，宜鼎透過專為嵌入式與工業環境所開發的相機，將此一能力轉化為實際應用。宜鼎相機提供高達 120 dB(約 20 stops)的動態範圍，讓使用者能夠在超過 1,000,000：1 的亮度對比下保留細節，可廣泛應用於工業 HDR 場景。此外，提供多種外形與規格選項，能夠滿足各類嵌入式應用與環境需求。

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

不只是影像擷取：HDR 在工業機器視覺中的實際價值

在消費性相機產品中，HDR 顯然讓照片更加吸睛生動，並提供更豐富的影像資訊，為後期色彩調整帶來更大的彈性空間。

但在嵌入式機器視覺中，HDR 的價值不僅在於產出美麗的影像—它直接提升了作業精準度與成功率，對於優先考量辨識能力而非視覺美感的邊緣 AI 系統而言尤為重要。

常見嵌入式應用場景：

• 戶外智慧門鈴採用 HDR 相機，在強烈逆光環境下仍能清晰擷取人臉細節。
• 智慧停車系統透過視覺辨識，在複雜的戶外光線條件下識別車輛與停車相關資訊。
• 戶外自主移動機器人(AMR)，如農業機器人，利用 HDR 相機在強烈日照與陰影交錯的環境中實現可靠導航。
• 自助結帳機台的俯視 HDR 相機，從上方擷取商品影像，並在多變的光線條件下實現可靠的商品辨識。.

上述案例說明，HDR 不只是為了捕捉美麗的影像畫面—更重要的是，它確保邊緣 AI 應用設備，能在複雜光線環境下仍清晰辨識關鍵細節。
 

宜鼎相機的差異化優勢

HDR 是標配，可靠性才是關鍵

HDR 技術十分普及，但並非所有 HDR 相機都具備工業級的效能水準。宜鼎的 HDR 相機解決方案以可靠性、彈性與無縫系統整合為核心開發理念。 

客製化設計與影像調校能力

宜鼎的相機模組系列，以彈性設計為核心，模組化架構整合鏡頭、感測器與 ISP，支援 MIPI 與 GMSL2 驅動程式，並可依應用需求進行客製化調整。此外，亦提供專業的影像品質調校服務，以滿足特定視覺或環境需求。 
 

可靠的製造品質與完整驗證

宜鼎相機模組全數於台灣自有的研發製造中心完成製造與驗證，確保生產過程具備高度的物料追溯能力與一致性。在驗證方面，宜鼎提供完整的測試文件，讓每項產品的品質皆有據可查。

上述優勢使宜鼎相機成為需要高效能 HDR 影像的嵌入式應用場景的可靠選擇—在光線細節至關重要的環境中，宜鼎提供了最值得信賴的解決方案。