行交叠HDR与SDR的区别及优劣

1、问题背景

Sensor 支持两种模式输出，SDR模式（Standard Dynamic Range）也指通常所说的 linear模式，和HDR模式（High Dynamic Range），

在项目调试的前期，我们一般都需要和客户确认，是要调试哪个模式，还是两个模式都要调，因为这涉及到工作量和交付周期的不同，两个模式都要调的话，那调试周期就要加倍。

但如果和对方对接的是管项目的，他可能对此不太了解，一般都会询问这两个模式有什么差别？那种模式更好？所以本文主要从产品端来描述一下这两种模式输出的区别及优劣。

2、问题分析

优势：

1）动态范围：HDR能保留更多高光和阴影细节，避免SDR中常见的“过曝”或“死黑”现象。

以两曝光，行交叠HDR为例（sony的叫法是 digital overlap HDR，ov的叫法是staggered HDR）。

Exposure ratio = Long exposure time/ short exposure time， 假设Exposure ratio = 16，在信号没有饱和的条件下，相当于曝光最大值增大了16倍：2^4，也就是动态范围扩大了4个bit。

以此类推，每增加一个曝光帧，如果exposure ratio =16，动态范围就可以扩大4bit。

按照一般HDR sensor 单曝光为12bit来算的话，4曝光就可以让sensor输出的动态范围扩大到24bit（12+4+4+4)。

所以若设备使用场景对动态范围有要求（如门铃、车载相机），可选择使用支持HDR模式的Sensor。

局限：

1） 存在运动伪影：Sony在推出 DOL(digital overlap) HDR 的时候，宣传DOL是‘准同时’输出长短曝光。既然是‘准同时’，那就还不是同时，所以就会有一些典型时域多帧HDR的图像质量问题。

2）SNR（信噪比）下降：在图像中，SNR 反映了画面干净程度， SNR 高 → 噪声少； SNR 低 → 噪声多。

HDR 模式在某些亮度区域下会出现信噪比下降的现象（高亮区域来自短曝光帧，为防止高亮区饱和，短曝光时间很短，积累的光电子少，读出噪声占比更高，SNR会下降）。

3）Flicker：交流电供电光源会造成的flickering，形成banding。为了避免banding，就得让最小曝光时间是半周期的整数倍，这样就不会出现banding了。

但是由于最小曝光时间变大了，动态范围就损失了。所以有时候为了保证不损失动态范围，就得容忍Flickering；

4）车载应用丢失LED信号灯：在车载场景中，LED信号灯普遍采用 PWM 调光， 光源以高频闪烁的方式实现亮度控制。

在 HDR 模式下，长曝光时间较长，容易覆盖多个 LED 亮周期，因此能捕获到完整的光脉冲；短曝光帧时间短，如果恰好落在 LED 熄灭区间，就无法捕获到光信号。

当 HDR 合成时，部分像素来自长帧、部分来自短帧，如果短帧未捕捉到LED亮光，就会在合成图中出现 闪烁（Flicker）或信号灯缺失。这种闪烁或者信号灯信息丢失的问题在车载成像系统上是致命的。

5）数据传输带宽增加：如下是sensor厂提供的两套sensor setting（包括SDR和HDR模式），同样配置下HDR模式由于输出数据量大，mipi速率会更高，

在需要高分辨率或高帧率HDR的情况下，MIPI等接口的带宽可能成为瓶颈（比如我司平台支持的mipi速率，单lane需 < 1500Mbps）。

6） 功耗会提升： 在 HDR 模式下，Sensor 通常需要在同一帧周期内完成多次曝光与多次读出（ 例如短帧、长帧 ），

ISP需要进行 HDR 合成（帧间对齐、加权融合、去噪等），算法复杂度高，需要更多内存带宽与运算资源，导致Sensor 和 ISP功耗都会上升。