内 容 概 要 3 HDR MODE の 使 用 方 法 3 はじめに 3 HDR Mode(Piecewise Linear Response)の 動 作 原 理 3 HDR Mode 設 定 画 面 の 説 明 : 5 HDR Mode の 設 定 方 法 の 具 体 例 7 2-Slope M

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1 2012/12/17 HDR Mode の 設 定 方 法 センサーテクノロジー 株 式 会 社 技 術 部 1

2 内 容 概 要 3 HDR MODE の 使 用 方 法 3 はじめに 3 HDR Mode(Piecewise Linear Response)の 動 作 原 理 3 HDR Mode 設 定 画 面 の 説 明 : 5 HDR Mode の 設 定 方 法 の 具 体 例 7 2-Slope Mode の 設 定 方 法 : 7 Vlow2 の 効 果 : 8 Knee1 point para の 効 果 : 9 3-Slope Mode の 設 定 方 法 : 10 Knee point 2 の 設 定 方 法 11 Knee point 1 の 設 定 方 法 12 Knee point 1 と Knee point 2 の 設 定 パラメータの 関 係 について 12 3-slope mode における Vlow2 の 効 果 13 3-slope mode における Knee1 point para の 効 果 14 トータル 露 光 時 間 の 影 響 について 16 まとめ 17 参 考 文 献 17 APPENDIX 18 A-1 HDR Mode の 効 果 18 A-2 HDR Mode の 画 質 に 与 える 影 響 20 2

3 概 要 本 報 告 書 では CMOSIS 社 製 CMV4000(CMV2000) CMOS イメージャーの Piecewise Linear Response 機 能 [1]を 用 いた 光 学 的 なダイナミックレンジの 拡 大 方 法 につ い て 説 明 し ま す 具 体 的 に は セ ン サ ー テ ク ノ ロ ジ ー 社 製 STC-CMC4MCL/STC-CMB4MCL カメラのコントロールソフトウエア CLCtrl2 に 用 意 さ れているダイナミックレンジの 拡 大 機 能 である HDR Mode の 使 用 方 法 について 解 説 します また 画 質 は HDR Mode において 低 下 するが その 原 因 がオーバーフロー 電 位 の 印 加 であり その 画 質 低 下 の 程 度 は 印 加 されるオーバーフロー 電 位 の 絶 対 値 に 依 存 する ことを 実 験 的 に 明 らかにします また 実 際 の 取 得 画 像 から HDR Mode の 効 果 について 考 察 します HDR Mode の 使 用 方 法 はじめに 通 常 のカメラの 仕 様 では 照 度 と 出 力 信 号 間 の 関 係 である 感 度 曲 線 は 線 形 応 答 に 設 定 されています 感 度 曲 線 が 線 形 応 答 に 設 定 されたカメラの 場 合 明 るさが 大 きく 異 なるような 像 を 取 得 する 際 光 学 的 なダイナミックレンジが 不 足 し 明 るい 部 分 と 暗 い 像 の 部 分 を 同 時 に 取 得 する 事 が 非 常 に 困 難 になります カメラコントロールソフトウエア:CLCtrl2 に 用 意 されている HDR Mode を 用 い ると 入 射 物 体 光 の 任 意 の 明 るさのレベルに 感 度 曲 線 の 屈 曲 点 (Knee Point)を 最 大 2 か 所 設 定 することができます この Knee point ごとに 感 度 曲 線 の 勾 配 を 低 減 させることで 露 光 時 間 内 の 感 度 曲 線 が 複 数 の 勾 配 で 構 成 され 最 終 的 に 感 度 曲 線 が 対 数 変 換 されたような 形 状 と なり 光 学 的 なダイナミックレンジを 増 加 挿 せることができます この HDR Mode の 機 能 は イメージセンサーの Piecewise Linear Response( 区 分 線 形 応 答 )の 機 能 を 基 に 作 られておりその 機 能 の 概 要 を 次 節 で 説 明 します HDR Mode(Piecewise Linear Response)の 動 作 原 理 イメージセンサーの 区 分 線 形 応 答 機 能 は イメージセンサーに 入 射 される 弱 い 光 以 外 は 各 ピクセルに 設 定 された 電 位 を 超 えて 蓄 積 された 電 荷 をオーバーフローさせ 蓄 積 電 荷 量 をクリップする 機 能 を 持 っています このクリップレベルは 同 一 の 露 光 時 間 内 で 最 大 2 回 設 定 できるため 3 つのスロープを 持 った 応 答 曲 線 を 実 現 することができます 詳 3

4 細 に 関 しては Fig.1 で 説 明 します Figure 1 Piecewise Linear Response 機 能 の 詳 細 説 明 図 Fig.1 において 赤 線 はピクセルが 飽 和 するような 強 い 光 が 各 々ピクセルに 入 射 さ れた 場 合 の 蓄 積 電 荷 の 露 光 時 間 内 の 変 化 を 現 しています 図 からも 分 かるように 光 が 照 射 されたピクセルは 露 光 期 間 内 に 設 定 された 2 つの 時 間 幅 に 対 して 設 定 された 異 なる 電 位 レベルで 蓄 積 電 荷 量 がクリップされていることが 分 かります Fig.1 において このクリッ プが 露 光 時 間 の 終 了 までの 間 に 2 回 起 こることでピクセルの 飽 和 がおきていないことに 注 意 してください また 図 中 の 青 線 は 弱 い 光 が 入 射 された 場 合 の 蓄 積 電 荷 量 の 変 化 を 現 していま す 弱 い 光 が 入 射 された 場 合 上 記 のクリップが 起 こらないため 通 常 の 線 形 な 感 度 曲 線 で あることが 分 かります 図 中 のオーバーフロー 電 位 Vlow2, Vlow3 及 び 異 なる 時 間 幅 に 設 定 された た ExposureKneepoint 1, Exposure Kneepoint 2 は カメラコントロールソフト: CLCtrl2 の HDR タブ 内 の 設 定 画 面 で 設 定 することができます この 設 定 画 面 から 各 々 のパラメータを 設 定 することで Fig.2 に 示 すような 感 度 曲 線 を 実 現 することができます 4

5 Figure 2 Piecewise Linear Response 機 能 で 実 現 される 感 度 曲 線 Fig.2 において Kneepoint1, Kneepoint 2 の 配 置 は Fig.1 の Vlow の 設 定 値 と ExposureKneepoint1, Exposure Kneepoint2 の 時 間 幅 で 決 まるスロープ の 傾 きの 交 点 として 決 められます HDR Mode 設 定 画 面 の 説 明 : カメラコントロールソフトウエア:CLCtrl2 で 用 意 されている HDR Mode は Fig.3 に 示 す 画 面 で 構 成 されています 各 々の 設 定 項 目 の 内 容 を 以 下 に 示 します Figure 3 HDR Mode の 設 定 画 面 5

6 HDR Mode: 通 常 と 自 由 設 定 が 選 択 でき 各 々の 機 能 を 以 下 に 示 す 通 常 : 出 力 信 号 と 入 射 光 強 度 の 関 係 が 線 形 な 感 度 曲 線 になります 自 由 設 定 : 出 力 信 号 と 入 射 光 強 度 の 関 係 が 屈 曲 点 (Knee point)を 持 つ 非 線 形 な 感 度 曲 線 になります スロープ 数 : 1 から 3 まで 設 定 可 能 でその 数 値 は 各 々 以 下 の 機 能 となります 1:HDR Mode 設 定 項 目 の 通 常 と 同 等 機 能 であり 線 形 の 応 答 曲 線 を 持 った 動 作 となる 2:Kneepoint1 が 設 定 され 任 意 の2つのスロープで 構 成 された 感 度 曲 線 になり ます 以 後 このモードを 2-Slope Mode と 呼 びます 3:Kneepoint1 と Kneepoint2 が 設 定 され 任 意 の 3 つのスロープで 構 成 される 感 度 曲 線 になります 以 後 このモードを 3-Slope Mode と 呼 びます Knee1 point para : Knee1 point para は Knee point 1 の 露 光 時 間 幅 を 設 定 するパラメータです このパラメータの 設 定 値 で Knee point 1 以 降 のスロープの 傾 斜 を 制 御 できます Knee2 point para: Knee2 point para は Knee point 2 の 露 光 時 間 幅 を 設 定 するパラメータです このパラメータの 設 定 値 で 3-Slope Mode の 2 番 目 のスロープの 傾 斜 を 制 御 できます Vlow2: Vlow2 は Kneepoint1 の 電 位 ( 出 力 信 号 レベル)を 設 定 するパラメータです Vlow3: Vlow3 は Kneepoint2 の 電 位 ( 出 力 信 号 レベル)を 設 定 するパラメータです 6

7 HDR Mode の 設 定 方 法 の 具 体 例 この 章 では 実 験 結 果 を 基 にした 具 体 的 な HDR Mode の 設 定 方 法 について 述 べま す 実 験 には STC-CMB4MCL を 用 いました カメラの 設 定 条 件 を Table 1 に 示 し ます また 試 験 光 源 として 照 度 を 校 正 した 拡 散 板 付 白 色 LED の 面 照 明 装 置 を 用 いて 被 試 験 カメラの 感 度 曲 線 を 測 定 しました 以 下 に 実 験 結 果 及 び 設 定 方 法 の 詳 細 について 述 べます 2-Slope Mode の 設 定 方 法 : 2-Slope Mode は Kneepoint1 のみが 現 れるモードであり その 結 果 2 つのスロ ープで 感 度 曲 線 が 構 成 されることになります 実 際 のワークからの 物 体 光 をカメラで 画 像 に 変 換 した 際 往 々にして 飽 和 が 生 じ ます その 場 合 Knee point の 設 定 で 飽 和 を 緩 和 することが 可 能 となり その 時 に 重 要 な のが1) どの 程 度 の 明 るさのレベル から2) どれぐらい 感 度 曲 線 の 低 減 を 行 うかが 重 要 なパラメータとなります このように 線 形 感 度 曲 線 上 の Knee point 1 の 信 号 レベルに 対 応 した 配 置 と 新 たな 感 度 曲 線 の 勾 配 と 設 定 パラメータとの 相 関 を 実 験 的 に 知 ることでワークの 性 状 と 照 明 光 で 決 まる 物 体 光 に 対 して 最 適 な 非 線 形 な 感 度 曲 線 をデザインすることが 可 能 になります 次 節 以 降 HDR Mode での Knee point の 設 定 パラメータと 感 度 曲 線 の 形 状 の 相 関 関 係 に 関 す る 実 験 結 果 を 紹 介 しますので 感 度 曲 線 のデザインの 参 考 にしてください このモードで 用 いるパラメータの 設 定 を Table1 に 示 します Table 1 Table 1 Camera 及 び HDR Mode の 設 定 項 目 設 定 項 目 設 定 値 ゲインの 現 在 値 55 Camera Settings 露 光 時 間 (ライン 単 位 ) 200 デジタルゲイン 0 アナログゲイン 1.6 HDR Mode Settings Vlow2 Vlow3 Knee1 point para Knee2 point para Arbitrary value. Do not care. Arbitrary value. Do not care. 7

8 Output Signal Vlow2 の 効 果 : Vlow2 は ピクセルに 蓄 積 される 電 荷 のクリップポイントを 設 定 するパラメータ で 感 度 曲 線 上 のどの 位 置 に Knee point を 設 定 するかを 決 める 重 要 なパラメータです Fig.5 に Knee1 point para を 80 に 固 定 し Vlow2 をパラメータとして 変 化 させた 時 の 感 度 曲 線 を 示 します 図 中 の 凡 例 の 記 号 は 以 下 の 内 容 を 意 味 するものとします Ref: 通 常 モード( 感 度 曲 線 が 線 形 応 答 )のデータ N _ XXX _ YYY _ ZZZ _ UUU Slope 数 Knee1 point para Vlow2 Knee2 point para Vlow3 Fig.4 に Vlow2 を 変 化 させた 場 合 の 2-slope Mode の 感 度 曲 線 の 変 化 を 示 します Changes in the sensitivity curve as function of the Vlow Brightness (lx) Ref 2_80_96 2_80_100 2_80_105 2_80_110 2_80_115 2_80_120 2_80_125 Figure 4 2-slope Mode における 設 定 パラメータ Vlow2 の 効 果 Fig.4 より Vlow2 を 変 化 させることで Knee point 1 がベースとなっている Ref.の 線 形 な 感 度 曲 線 上 を 移 動 していることが 分 かります この Knee point の Output signal 軸 への 射 影 成 分 を Table 2 に 示 します 8

9 Output signal Table 2 2-slope Mode における Knee Point の 設 定 レベル(Vlow2 依 存 性 ) Vlow2 value Output Signal Level Table 2 の 結 果 より 2-slope Mode において 出 力 信 号 の 任 意 のレベルに Knee Point が 設 定 可 能 になります Knee1 point para の 効 果 : Knee1 point para は 設 定 した Knee point 以 降 に 現 れる 感 度 曲 線 の 勾 配 を 決 定 す るパラメーターです その 設 定 値 と 感 度 曲 線 の 勾 配 の 関 係 を Fig.5 に 示 します Change in the sensitivity curve as function of the Knee1 point para Brightness (lx) Ref 2_0_105 2_20_105 2_50_105 2_100_105 2_150_105 Figure 5 設 定 パラメータ Knee1 point para と 感 度 曲 線 の 勾 配 との 関 係 Fig.5 の 測 定 結 果 から Knee1 point para 設 定 値 に 対 する Knee point 以 降 の 感 度 曲 線 の 勾 配 変 化 を Table 3 に 示 します 但 し 感 度 曲 線 の 勾 配 変 化 量 は Ref( 通 常 モード 9

10 Output signal の 感 度 曲 線 )に 対 する 割 合 で 表 示 しています Table 3 Reference の 感 度 曲 線 に 対 する Knee point 以 降 の 感 度 曲 線 勾 配 の 変 化 Knee1 point para value Slope of sensitivity curve for the Ref. (%) Slope Mode の 設 定 方 法 : 3-Slope Mode は Kneepoint1 と Kneepoint 2 の 二 つの Knee point が 現 れるモー ドであり その 結 果 3 つのスロープで 感 度 曲 線 が 構 成 されることになります Fig.6 に 通 常 モード 2-slope Mode 及 び 3-slope Mode に 設 定 した 場 合 の 感 度 曲 線 の 差 異 を 示 します Comparison of the number of slopes, and sensitivity curves Knee point 1 Knee point Brightness (lx) Ref 2_100_115 3_15_100_100_115 Figure 6 通 常 モード 2-slope Mode 及 び 3-slope Mode の 感 度 曲 線 比 較 Fig.6 からも 分 かるように 3-slope Mode では Knee point が 二 つ 設 定 され3つの スロープで 感 度 曲 線 が 構 成 されていることが 分 かります 10

11 Output signal Knee point 2 の 設 定 方 法 Knee point 2 は HDR Mode タブの Vlow3 と Knee2 point para で 設 定 で きます Vlow3 は 通 常 モードの 直 線 的 な 感 度 曲 線 上 のどの 位 置 に Knee point 2 を 設 定 するかを 決 めるパラメータで 2-slope Mode における Vlow2 と 同 じ 動 きをします よ って 前 記 Fig.4 に 示 されているデータ 及 び Table 2 を 参 照 して 位 置 を 決 めることができます Knee2 point para は Knee point 2 以 降 のスロープの 勾 配 を 決 めるパラメー タであり 2-slope Mode における Knee1 point para と 同 じ 動 きをします よって Fig.5 に 示 されているデータ 及 び Table 3 から 任 意 の 勾 配 を 設 定 できます Fig.7 に Vlow3 を 110 から 120 まで 変 化 させた 時 の 感 度 曲 線 の 変 化 を 示 します 図 からも 分 かるように Reference の 通 常 モードの 感 度 曲 線 上 を 設 定 値 に 対 応 して Knee point が 設 定 されていることが 分 かります The effect of Vlow3 in 3-slope mode Knee point 2 at Vlow3=110 Knee point 2 at Vlow3=115 Knee point 2 at Vlow3= Brightness (lx) Ref 3_15_100_100_115 3_15_100_100_120 3_15_100_100_110 Figure 7 3-slope mode における Vlow3 の 効 果 次 に Fig.8 に 3-slope mode における Knee2 point para の 効 果 を 示 します 図 中 のデータは Knee point 1 の 設 定 パラメータを 固 定 にし Knee2 point para を 50 から 150 の 範 囲 で 変 化 させた 場 合 の 感 度 曲 線 の 変 化 を 示 しています 11

12 Output signal The effect of "Knee2 point para" in 3-slope mode Knee2 point para= Knee2 point para=70 Ref Knee2 point para=100 3_15_100_100_115 Knee2 point para= _15_100_150_ _15_100_50_115 3_15_100_70_ Brightness (lx) Figure 8 3-slope mode における Knee2 point para の 効 果 図 からも 分 かるように 設 定 するパラメータの 値 が 小 さくなるに 従 って 勾 配 が 寝 て くることが 分 かります Knee point 1 の 設 定 方 法 Knee point 1 は Knee point 2 で 新 たに 作 られた 感 度 曲 線 上 に 任 意 に 設 定 されま す 但 し Knee point 2 の 感 度 曲 線 上 に 設 定 されるため その 設 定 値 は Knee point 2 の 設 定 パラメータの 影 響 を 受 けることになります Knee point 1 と Knee point 2 の 設 定 パラメータの 関 係 について Knee point 2 は イメージャーのレジスターの 定 義 により Knee point 1 よりオー バーフロー 電 位 の 絶 対 値 が 大 きい 値 である 必 要 があります そのため Knee point 1 の 配 置 を 決 めるパラメータ Vlow2 は Knee point 2 の 配 置 を 決 めるパラメータ Vlow3 に 等 しいか 小 さな 値 を 設 定 しなくてはなりません もし 誤 って Vlow3 より 大 きな 値 を 設 定 すると 2-slope mode の 感 度 曲 線 と 同 等 になるので 注 意 が 必 要 です(Fig.9 参 照 ) また 感 度 曲 線 の 勾 配 を 決 めるパラメータ Knee1 point para は Knee point 1 以 降 の 感 度 勾 配 が Knee point 2 以 降 の 感 度 曲 線 の 勾 配 よりも 小 さくなければならないため 12

13 Output signal Knee2 point para の 設 定 値 と 等 しいか 小 さい 値 を 設 定 する 必 要 があります もし 誤 っ て Knee1 point para を 大 きな 値 に 設 定 した 場 合 Fig.9 に 示 すように 感 度 曲 線 が 直 線 の 組 み 合 わせで 構 成 されるのではなく 全 体 的 に 丸 みを 帯 びて Knee1 point para を 変 更 して も 特 性 が 変 わらない 感 度 曲 線 になります 250 Sensitivity curves of the case of misconfiguration Brightness (lx) Knee1 point Para > Knee2 point para (misconfiguration) Vlow2 > Vlow3(Misconfiguration) Ref 3_15_100_100_115 3_110_100_100_115 3_15_115_100_100 Figure 9 設 定 を 間 違 えた 場 合 の 感 度 曲 線 次 に Knee point 1 に 関 する 設 定 パラメータ Vlow2 と Knee1 point para の 3-slope mode における 効 果 について 説 明 します 3-slope mode における Vlow2 の 効 果 3-slope mode における Knee point 1 の 設 定 パラメータ Vlow2 は Knee point 2 の 設 定 パラメータ Vlow3 Knee2 point para によって 通 常 モードの 感 度 曲 線 から 新 たに 枝 分 かれした 直 線 的 な 感 度 曲 線 上 のどの 位 置 に Knee point 1 を 配 置 するかを 決 めるパ ラメータです よって 3-slope mode で 感 度 曲 線 をデザインする 場 合 にどの 位 置 から 勾 配 を 変 化 させるかの 参 考 にするため Vlow2 を 変 化 させた 場 合 の 3-slope mode の 感 度 曲 線 を Fig.10 に 示 します 13

14 Output signal The effect of "Vlow2" in 3-slope mode Vlow2=95 Vlow2=100 Vlow2= Brightness (lx) Ref 2_100_115 3_0_105_100_115 3_0_100_100_115 3_0_95_100_115 Figure 10 3-slope mode における Vlow2 の 効 果 Fig.10 からも 分 かるように Knee point 2 以 降 の 感 度 曲 線 上 を 設 定 値 の 値 が 小 さく なるにしたがって 対 応 する 出 力 信 号 値 が 大 きくなる 方 向 に 移 動 していることが 分 かります 3-slope mode における Knee1 point para の 効 果 Fig.11 に Knee1 point para を 変 化 させた 場 合 の 感 度 曲 線 の 変 化 を 示 します 図 からも 分 かるように Knee point 1 以 降 の 感 度 勾 配 が 設 定 値 により 変 化 していることが 分 かります 14

15 Output signal The effect of "Knee1 point para" in 3-slope mode Knee1 point para=45 Knee1 point para=30 Knee1 point para= Knee1 point para= Knee point 1 Knee point Brightness (lx) Ref 2_100_115 3_0_105_100_115 3_15_105_100_115 3_30_105_100_115 3_45_105_100_115 Figure 11 3-slope mode における Knee1 point para の 効 果 最 後 に Table 4 に 今 回 3-slope mode における 感 度 曲 線 の 設 定 条 件 をまとめて 示 しておきます この 設 定 例 を 用 いることで 図 示 された 感 度 曲 線 を 容 易 に 設 定 できます Table 4 3-slope mode における 設 定 値 と 感 度 勾 配 のおおよその 関 係 Knee point2 Knee point1 Position Gradient Position Gradient Vlow3 Corresponding output signal level Knee1 point para Slope of sensitivity curve for the ref.(%) Vlow2 Corresponding output signal level Knee2 point para Slope of sensitivity curve for the Ref. (%)

16 Output signal トータル 露 光 時 間 の 影 響 について HDR Mode では トータルの 露 光 時 間 が 変 化 し 通 常 モードの 感 度 曲 線 の 勾 配 が 変 化 した 場 合 その 感 度 勾 配 の 変 化 に 伴 って Knee point の 位 置 も 変 化 することになります Fig.12 に Line 単 位 の 露 光 時 間 を 100,200 及 び 300 に 変 化 させた 場 合 の 通 常 モードの 直 線 的 な 感 度 勾 配 とそれらの 感 度 勾 配 に 対 応 した 3-slope mode の 感 度 曲 線 を 示 します 図 からも 分 かるように knee point の 位 置 が 露 光 時 間 の 増 加 とともにx- 軸 方 向 に 移 動 していることが 分 かります このように Knee point が 移 動 するとそれ 以 降 の 感 度 曲 線 の 勾 配 が 一 定 だと 最 終 的 に 出 力 信 号 レベルに 差 異 が 生 じる 事 になります よって ト ータルの 露 光 時 間 を 変 化 させる 場 合 最 終 的 な 感 度 曲 線 が 変 化 することに 注 意 する 必 要 があ ります Relationship of the sensivity curves and the exposure time Knee pointの 移 動 Brightness (lx) 300_3_15_105_100_ _3_15_105_100_ _3_15_105_100_115 Exposure : 300 Exposure : 200 Exposure : 100 Figure 12 トータル 露 光 時 間 の 変 化 に 伴 う Knee Point の 移 動 16

17 まとめ 以 下 に 今 回 の 一 連 の 実 験 結 果 から 得 られた 知 見 を 示 します 設 定 パラメータの 設 定 範 囲 に 関 して: 2-slope mode の 場 合 単 独 の Knee point 1 が 設 定 され その 配 置 及 び 勾 配 は 各 々 Vlow2 と Knee1 point para のパラメータで 設 定 されます その 有 効 な 設 定 範 囲 は 以 下 の 通 りです 90 Vlow Knee1 point para slope mode の 場 合 2 つの Knee point が 設 定 され 出 力 信 号 レベルの 低 い 方 か ら 順 に Knee point 2, Knee point 1 が 設 定 されます 各 々の 設 定 パラメータの 有 効 な 設 定 範 囲 は 以 下 の 通 りです 90 Vlow2 Vlow Knee1 point para Knee2 point para 255 また 今 回 の 一 連 の 実 験 結 果 から 得 られた 推 奨 範 囲 を 以 下 に 示 します Knee Point 1 : 90 Vlow2 105, 0 Knee1 point para 50 Knee Point 2 : 110 Vlow3 125, 100 Knee2 point para 150 画 質 の 低 下 に 関 して: また HDR Mode を 使 用 した 場 合 各 ピクセルにオーバーフロー 電 位 が 設 定 され るためそのピクセル 間 のクリップレベルのバラツキにより 画 質 の 低 下 が 生 じます この 画 質 の 低 下 は オーバーフロー 電 位 の 設 定 値 に 依 存 しているためできる 限 り Vlow2,または Vlow3 の 設 定 値 を 大 きく 設 定 することで Knee point 以 降 の 画 質 の 低 下 をある 程 度 小 さく 抑 えることができます この 画 質 の 低 下 に 関 しては Appendix A-2 を 参 照 してください トータルの 露 光 時 間 に 関 して: トータルの 露 光 時 間 を 変 化 させた 場 合 Knee Point が 移 動 するため 最 終 的 な 感 度 曲 線 が 変 化 することに 注 意 が 必 要 となります 参 考 文 献 [1] CMV4000 datasheet v3, CMOSIS NV, pp26-pp28. 17

18 Appendix A-1 HDR Mode の 効 果 HDR Mode は 光 学 的 なダイナミックレンジが 拡 大 されるため 通 常 飽 和 せずに 撮 像 することが 難 しい 画 像 を 取 得 することが 可 能 になります この 章 ではサンプル 画 像 を 用 いてその 効 果 を 解 説 します Photo 1 通 常 モードで 撮 像 した 画 像 (Exposure : 400 (Line), Analog Gain : 55) Photo 1 に Exposure Time : 400, Analog Gain : 55 に 設 定 した 場 合 のサンプル 画 像 を 示 します 写 真 からも 分 かるようにワークの 反 射 率 の 差 異 により 低 反 射 の 物 体 に 対 し て 最 適 な 露 光 にした 場 合 反 射 率 が 高 い 物 体 は 完 全 に 飽 和 していることが 分 かります この 元 画 像 に 対 して 2-slope, 3-slope mode の Knee point を 設 定 することでどのよ うな 改 善 が 見 られるか 以 下 に 示 します 18

19 Output signal Output signal Sensitivity curve of the Photo Ref(Exp=400) 2_50_ Brightness (lx) Photo 2 2-slope Mode Vlow2=110, Knee1 point para =50 の 条 件 での 取 得 画 像 及 び 感 度 曲 線 Photo 2 の 画 像 は 図 中 左 端 の 2-slope mode の 感 度 曲 線 を 付 与 して 撮 像 した 画 像 です 写 真 からも 分 かるように Photo 1 で 見 られた 飽 和 が 無 くなり 明 瞭 な 画 像 が 得 られ ていることが 分 かります Sesitivity curve of the Photo Ref(Exp=400) 3_30_105_60_ Brightness (lx) Photo 3 3-slope Mode Vlow2=105, Vlow3=115, Knee1 point para=30, Knee2 point para=60 の 条 件 での 取 得 画 像 Photo 3 の 画 像 は 3-slope mode で 二 つの Knee point を 設 定 した 場 合 の 画 像 です 2-slope mode と 同 様 に 飽 和 が 無 くなっていることが 分 かります 19

20 Standard deviation Standard deviation A-2 HDR Mode の 画 質 に 与 える 影 響 画 像 の 質 を 評 価 するための 指 針 として 取 得 画 像 の 中 心 部 の 48x48 ピクセルの 画 素 値 の 標 準 偏 差 の 大 きさで 評 価 を 行 った Fig.13 に 出 力 信 号 の 平 均 値 を 横 軸 にとり 縦 軸 に データの 標 準 偏 差 を 取 り Vlow2 及 び Knee1 point para の 設 定 値 を 変 化 させた 時 のグラフ を 示 す Relationship between Vlow2 and variability of the output signal Output signal Level 2_0_90 2_0_100 2_0_110 2_0_115 Ref Figure 13 Vlow2 とデータのバラツキの 関 係 Relationship between "Knee1 point para" and variability of the output signal (c) Knee Point (b) (a) ( f ) ( d ) ( e ) output signal level Ref 2_0_100 2_40_100 2_80_100 Figure 14 Knee1 point para とデータのバラツキとの 関 係 20

21 Standard deviation 2_0_100 画 像 データ (a) (b) (c) Ref 画 像 データ ( d ) ( e ) ( f ) Photo 4 Fig.14 のデータの 各 部 の 画 像 データ Fig.13,14 から 2-slope mode の 場 合 Vlow2, Knee1 point para の 設 定 値 に 依 存 し て 画 素 データのバラツキが 増 加 していることが 分 かる これは オーバーフロー 電 圧 の 設 定 が 画 素 間 でバラツキことが 原 因 だと 思 われる また Photo4 に Fig.14 中 の 任 意 の 出 力 信 号 レベルにおける 画 像 データを 示 す Knee point 以 降 の 画 像 データに 画 質 の 低 下 が 顕 著 にみられる 次 に 一 回 の 露 光 時 間 内 に 2 回 オーバーフロー 電 圧 の 変 化 が 起 こる 3-slope mode の 場 合 のデータのバラツキを Fig.15 に 示 す Variability of the data in the case of 3-mode oparation Ref 3_30_105_100_115 2_100_115 2_30_ Output signal level Figure 15 3-slope mode の 場 合 の 設 定 パラメータと 画 素 データのバラツキの 関 係 21

22 Fig.15 の 結 果 より 3-slope mode に 於 いてはオバーフロー 電 位 が 2 度 設 定 されるた め 2 段 階 でデータのバラツキが 増 加 していることが 分 かる しかしオーバーフロー 電 位 を 設 定 する D-A コンバーターが 1 台 しかないためトータルのデータのバラツキは 2-slope mode の 場 合 と 等 しくなることが 分 かる 22