Kameras für Sensorsysteme in Fahrzeugen müssen unter unbeständigen und wechselnden Bedingungen optimal funktionieren und zuverlässige Bilddaten liefern – bei Tag und Nacht. Regen und Schnee müssen sie dabei ebenso widerstehen wie Staub, Schmutz, Temperaturschwankungen und der Belastung durch Stöße und Vibrationen. Das LED-Licht von Straßenschildern, Ampeln und anderen Fahrzeugen erschwert die Bildaufnahme zusätzlich. Diese Bedingungen erfordern Kameras mit hoher Lichtempfindlichkeit, geringem Rauschen und insbesondere einem hohen Dynamikumfang. HDR-Kameras sind dafür ideal geeignet, weil sie Details sowohl in sehr dunklen als auch sehr hellen Bereichen in einem Bild erfassen können. Herkömmliche HDR-Kameras nehmen dazu mehrere Aufnahmen nacheinander auf. Die Latenzzeit zwischen den Aufnahmen führt zu Bewegungsartefakten im endgültigen kombinierten Bild. Außerdem haben sie Schwierigkeiten mit LED-Licht, welches flackernd dargestellt wird, sobald die extrem kurzen Belichtungszeiten die Ausschalt-Periode der LED-Frequenz (100 bis 400Hz) treffen.
Fotodioden mit unterschiedlicher Lichtempfindlichkeit
Um genau diese Einschränkungen zu überwinden, hat Lucid die Triton HDR-Kamera mit dem Sony IMX490 HDR-Sensor und der AltaView Tone-Mapping-Engine konzipiert. Die IP67 Kamera kann im erweiterten Temperaturbereich von -20 bis +55°C betrieben werden und verfügt über einen M12-Ethernet-Konnektor, über den sie mit geschirmten Kabeln mit einer Länge von bis zu 100m angeschlossen werden kann. Das ermöglicht die problemlose Integration mit anderen Sensoren in einem Vision-System.
Die Triton HDR erfasst 24-Bit-RAW-Bilder mit einem Dynamikumfang von über 120dB und macht damit eine automatische Einstellung der Belichtungszeit oder Verstärkung überflüssig. Sie nutzt die besondere Sub-Pixel-Struktur des Bildsensors, bei der jedes Pixel zwei Fotodioden mit unterschiedlicher Lichtempfindlichkeit enthält. Jede Fotodiode wird mit High- und Low-Conversion-Gains ausgelesen – so entstehen pro Diode vier 12-Bit-Kanäle, die direkt auf dem Sensor zu einem einzigen 24-Bit-HDR-Wert kombiniert werden. Dieser simultane Belichtungsprozess eliminiert Bewegungsartefakte und liefert scharfe Bilder, auch bei Fahrzeug- oder Objektbewegungen. Außerdem sind durch die empfindlichere Fotodiode längere Belichtungszeiten möglich, sodass die flackernde Darstellung von LEDs verhindert wird.
Bessere HDR-Bilder mit AltaView
Eine weitere Verbesserung ergibt sich aus der kamerainternen adaptiven AltaView Tone-Mapping-Engine von Lucid. Bei dieser Bildverarbeitungstechnologie werden Farben eines HDR-Bildes so angepasst, dass sie den Vorgaben für Bilder mit geringerem Dynamikbereich entsprechen. Die AltaView-Engine verarbeitet dazu die 24-Bit-RAW-Daten des Sensors in Echtzeit und kombiniert nur die datenintensivsten Bereiche, sodass ein finales 8-Bit-RGB-Bild mit zusätzlichen Details in sehr hellen und sehr dunklen Bildbereichen entsteht. Durch die geringere Datenmenge wird die Verarbeitungszeit deutlich verkürzt; ein kameraexternes Tone-Mapping ist nicht mehr erforderlich.
AltaView wurde speziell für mobile Sensoranwendungen entwickelt und zeichnet sich durch drei Merkmale aus: a) Ein hoher Dynamikbereich, eine der automatische Belichtung, automatische Verstärkung und kundenspezifische LUTs oder CCMs überflüssig macht, b) Backward-Flow-Filtering, mit dem vorhergehende Frames analysiert werden, sodass sanfte Helligkeitsübergänge ohne Helligkeitsflackern entstehen und c) ein zweistufiger Weißabgleich sowie eine Farbkorrektur, die für hohe Farbgenauigkeit und Bildschärfe sorgen. Durch die Kombination dieser Eigenschaften in einem robusten, industriellen Kameradesign erfüllt die Triton HDR optimal alle Anforderungen von Bildverarbeitungssystemen für autonom fahrende Systeme und liefert benutzerfreundlich Bilder mit datenreicher Detailgenauigkeit.
