Multi Slope - L'idea

Le telecamere monocromatiche utilizzate nella vita quotidiana offrono in gran parte una dinamica dei livelli di grigio di 8 bit/pixel. Il livello di grigio 0 significa normalmente 'nero', quello di 255 significa 'bianco'.

Il livello di grigio di un pixel rappresenta il numero dei fotoni ('luminosità') raccolti dal sensore d'immagine in quel punto Il tempo di esposizione stabilito dall'utente determina il tempo durante il quale il sensore d'immagine è fotosensibile.

Tutti i sensori d'immagine CCD ma anche quelli CMOS offrono una relazione lineare fra il numero dei fotoni e il livello di grigio. Questo comportamento è auspicato e gradito per tante applicazioni.

Ma se le differenze di luminosità di un'immagine superano la dinamica normale dei livelli di grigio di 8 bit, allora si determineranno i problemi mostrati nell'immagine in alto a destra. Se il tempo d'esposizione viene calcolato sulla parte scura dell'immagine, le parti chiare risulteranno sovresposte e viceversa.

I sensori d'immagine 'Multi Slope' constatano quali sono i pixel minacciati dalla sovresposizione. Riportano i livelli di grigio degli stessi pixel ad un valore stabilito dall'utente e sottopongono SOLO questi pixel ad una nuova esposizione. Anche la lunghezza di questa seconda esposizione deve essere stabilita dall'utente. Si ferma idealmente poco prima della sovresposizione del pixel più chiaro. In questo modo si ottiene il risultato mostrato nella terza immagine a destra.

Multi Slope - La realizzazione

Per capire il metodo 'Multi Slope' basta osservare l'esposizione di una linea più da vicino (vedi l'immagine a destra). La linea è composta da solo 8 pixel con indici da 0 a 7. Questi pixel vengono colpiti da un flusso costante di fotoni con intensità da 12,5 per cento a 100 per cento.

Supponiamo che i pixel presentino dopo un tempo di esposizione di 200µs, dei livelli di grigio da 50 a 400. Siccome però è permessa soltanto una dinamica dei livelli di grigio di 8 bit, i pixel 5, 6 e 7 non possono raggiungere i valori corretti di grigio. Sono saturati dal livello di grigio di 255.

Nella prima fase del metodo 'Multi Slope' viene stabilito un tempo di esposizione ridotto (tempo di esposizione base). Nel nostro esempio fermiamo l'esposizione dopo 150µs. Adesso sono saturati solo i pixel 6 e 7.

La seconda fase definisce il livello di grigio dal quale la seconda esposizione deve iniziare (valore reset). I livelli di grigio più alti del valore reset vengono riportati allo stesso valore reset. Nel nostro esempio scegliamo il valore reset di 180.

La terza fase prevede l'esposizione dei pixel il cui livello di grigio è stato riportato al valore reset. Il tempo di esposizione deve garantire che il pixel più chiaro rimanga poco sotto la saturazione. Nel nostro esempio sarebbe di 35µs.

Ovviamente sarebbe stato anche possibile ridurre maggiormente il tempo di esposizione e compiere due o più reset. Per tante applicazioni però basta un reset (come mostra l'esempio). In questo caso parliamo quindi del metodo 'Dual Slope'.

Per favore consideri che: i valori reset ed i tempi di esposizione devono essere adattati dall'utente alle condizioni di illuminazione. Devono essere quindi statici. Le scene in movimento o i trigger con tempi di esposizione variabili non sono adatti al metodo 'Multi Slope'.

Indice di pixel:
Numero dei fotoni (luminosità):
Reset di tutti i livelli di grigio > 200 a 200:
Livelli di grigio in caso di una dinamica di 8 bit:
Livelli di grigio dopo un esposizione di 150µs:
Reset di tutti i livelli di grigio > 180 su 180:
Livelli di grigio dopo un'ulteriore esposizione di 35µs dei pixel risettati: