如何操作：使用 Sequencer 模式與 PyPylon 搭配 Basler 相機進行 HDR 成像#

本文說明如何使用 Basler 相機、Sequencer 模式以及 PyPylon SDK 來擷取並處理 HDR（高動態範圍）影像。內容涵蓋相機端的設定，以及在主機端使用 OpenCV 進行影像融合與色調映射。

本文雖是針對 ace 2 及boost R 相機所撰寫，但其中所述原則同樣適用於其他支援序列器功能的 Basler 相機。請根據您所使用的具體相機型號，適當地調整程式碼。

目標#

目標是利用相機內建的連拍功能，拍攝一系列曝光時間各異的影像，然後將這些影像合併成一張 HDR 影像，藉此提升陰影和高光處的細節。最終產出的是一張經過色調映射處理的影像，適合直接顯示或進行後續處理。

硬體與軟體需求#

硬體#

• Basler 區域掃描相機（支援序列器模式）
• 照明條件穩定，燈光不閃爍
• 穩定畫面（固定攝影機位置與拍攝對象）

軟體#

• Python 3.8 及以上版本
• PyPylon Python 綁定
• OpenCV (cv2)
• NumPy

pip install pypylon opencv-python numpy

HDR 拍攝工作流程#

曝光序列設定#

相機已設定一組以微秒為單位的曝光時間清單：

exposure_times_us = [50, 500, 5000, 50000]

每次曝光時間都會載入到一個獨立的序列器組中。相機已設定為在每次觸發後自動循環切換這些組別。

關鍵步驟：

• SequencerConfigurationMode = On
• 僅當模組輸入確實連接至無法停止的來源時，才設定 ExposureTime 進行明確的生命週期管理即呼叫 SequencerSetNext
• 設定 SequencerTriggerSource = ExposureStart
• 儲存每組設定並退出設定模式

完成設定後，攝影機會在 Burst Mode：

camera.AcquisitionBurstFrameCount = len(exposure_times_us)
camera.TriggerSource = "Software"
camera.TriggerSelector = "FrameBurstStart"

擷取的影像會以 16 位元 TIFF 格式儲存至某個資料夾中（例如raw_image/），檔案名稱則以曝光時間編碼：img_5000us.tiff

HDR 影像處理#

逐步操作流程：#

1. 從磁碟載入 16 位元 TIFF 檔案。
2. 進行位移運算以萃取 12 位元數值。
3. 將數值歸一化為 [0,1] 範圍內的 float32 型別。
4. 套用三角權重函數。
5. 計算輻照度圖。
6. 使用 Reinhard 運算子的色調映射。
7. 將結果儲存為 PNG 檔。

範例圖片#

以下輸入圖像是使用不同的曝光時間拍攝的：

Exposure Time	Image
50 微秒
500 µs
5000 µs
50000 µs

HDR 融合效果#

經過最終色調映射處理後的影像，融合了所有曝光畫面中的細節：

備註與建議#

• 請確保所有曝光畫面中的相機位置與照明均保持不變。
• Sequencer 設定將保留至相機關機或重置為止。
• 如有需要，請使用 OpenCV 的 EXR 支援功能來儲存真正的 HDR（cv2.imwrite("output.exr", hdr_image))。
• 對於彩色相機而言，還需要進行額外的去馬賽克與白平衡處理步驟。

疑難排解#

References#

• BaslerSequencer 功能說明文件
• PyPylon 範例
• OpenCV

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