195、工业视觉的"过曝"与"欠曝"博弈——高动态范围场景下多曝光融合与单帧HDR的缺陷检测率对比
去年秋天，我在苏州某3C产线调试一套连接器Pin针检测系统，客户反馈良品率报表曲线在每天下午两点准时跳水。赶到现场时，正好赶上阳光从车间西侧天窗斜射进来，打在传送带上的连接器表面，形成一道刺眼的光带。产线老师傅叼着烟说：“这玩意儿跟人一样，下午犯困，眼睛就花了。”我盯着监视器里那帧图像——Pin针顶部一片惨白，根部却沉在阴影里，边缘检测算法把过曝区的针尖误判成毛刺，把欠曝区的氧化点漏成了合格品。那一刻我意识到，这不是算法参数的问题，是成像端在跟物理世界较劲。
那套系统原本用的是单帧HDR传感器，标称动态范围120dB，理论上足够覆盖从阳光直射到阴影区的亮度跨度。但实际产线上，连接器表面是镜面反射和漫反射混合的复杂材质，Pin针顶部抛光面在特定角度下能把阳光直接反射进镜头，局部亮度瞬间超过传感器满阱电荷的十倍以上。单帧HDR靠的是像素内多电容分段曝光，每个像素在同一个积分周期内先短曝后长曝，再在片上合成。听起来完美，但问题出在“分段”两个字上——高光区的短曝时间被固定为长曝的1/16，这个比例在实验室均匀光照下没问题，可一旦遇到镜面反射那种极窄的高亮区域，短曝段依然饱和，长曝段又因为要照顾暗部细节而拉得太长，结果就是高光区彻底白化，暗部噪点像雪花一样铺满整个背景。
我换了思路，把传感器切回线性模式，用多曝光融合方案。具体做法是：在同一个触发周期内，分别以0.5ms、2ms、8ms三档曝光时间抓三帧，然后在ISP里做拉普拉斯金字塔融合。第一版跑下来，检测率从单帧HDR的82%提升到94%，但产线节拍是每分钟120个工件，三帧曝光加融合处理的时间预算只有15毫秒，我这边融合算法单帧就
