主頁（http://m.by236.com）：寬動態技術讓視頻監控攝像機如虎添翼 【中國集群通信網】在技術發展和用戶的需求的催生下，寬動態攝像機孕育而生，經歷了三代技術的升級，寬動態技術給社會帶來的好處不言而喻，正所謂金無足赤，人無完人，所以我們應該正確認識這一技術的發展，接下來跟大家一起分享一下寬動態攝像機的現狀。 寬動態攝像機的技術、功能介紹 寬動態技術是在非常強烈的對比下讓攝像機看到影像的特色而運用的一種技術。 當在強光源(日光、燈具或反光等)照射下的高亮度區域及陰影、逆光等相對亮度較低的區域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現明亮區域因曝光過度成為白色，而黑暗區域因曝光不足成為黑色，嚴重影響圖像質量。攝像機在同一場景中對最亮區域及較暗區域的表現是存在局限的，這種局限就是通常所講的“動態范圍”。 廣義上的“動態范圍”是指某一變化的事物可能改變的跨度，即其變化值的最低端極點到最高端極點之間的區域，此區域的描述一般為最高點與最低點之間的差值。這是一個應用非常廣泛的概念，在談及攝像機產品的拍攝圖像指標時，一般的“動態范圍”是指攝像機對拍攝場景中景物光照反射的適應能力，具體指亮度(反差)及色溫(反差)的變化范圍。 寬動態攝像機比傳統只具有3:1動態范圍的攝像機超出了幾十倍。自然光線排列成從120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。當攝像機從室內看窗戶外面，室內照度為100Lux，而外面風景的照度可能是10,000Lux,對比就是10,000/100=100:1。這個對比使人眼能很容易地看到，因為人眼能處理1000:1的對比度。然而以傳統的閉路監控攝像機處理它會有很大的問題，傳統攝像機只有3:1的對比性能，它只能選擇使用1/60秒的電子快門來取得室內目標的正確曝光，但是室外的影像會被清除掉(全白);或者換種方法，攝像機選擇1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室內的影像會被清除(全黑)。這是一個自從攝像機被發明以來就一直長期存在的缺陷。 寬動態是一項很實用的技術，拉近了攝像機與人眼的距離(讓攝像機對畫面的處理和顯示更加貼近人眼的識別程度)，讓用戶有了一種更人性化的體驗。因為經過幾萬年的進化，人眼的寬動態性能超強，對于實際場景中和各種光線下的區域，如較暗的區域和較亮的區域都能同時看清。而對于傳統的攝像機、鏡頭來說確是一個很大的挑戰。在一幅畫面中，如果有較亮的區域和較暗的區域同時存在，比如銀行的大廳，有很大的窗戶，在窗外的光線很強的情況下，就會造成明暗對比差異很大的場景，這對于普通的攝像機來說，要看清亮的部分，則暗的區域就是全黑的，而要看清暗的區域，則亮的區域就過爆，也是一片白，什么都看不見。�？低暜a品總監應群表示，運用了寬動態攝像機后，就能達到很好的效果，即能同時兼顧到明亮和昏暗的區域，都可以看清;這樣的功能對于銀行、出入口等很多實際場景的監控都有非常直接的幫助，能達到監控的實際要求。 目前海康威視已經推出了基于SONY最新超寬動態CCDSensor的系列攝像機，能達到160X的寬動態效果，在亮暗對比強烈的場景下都能達到很好的監看效果，滿足了實際使用環境的要求。 CCD、CMOS攝像機拓展寬動態范圍的方法 目前，CCD攝像機擴展動態范圍的方法有輸出信號伽馬修正方法、對數壓縮放大方法、單幀圖像兩次取樣方法、單幀圖像多次取樣方法四種。在安防監控領域中，一般多采用單幀圖像兩次或五次取樣方法，尤其多用兩次曝光取樣的方法。下面介紹一下這種曝光取樣方法的原理。 所謂“單幀圖像兩次取樣方法”或說“兩次合成電子快門”。其典型特征是基于中速感光器件及高速DSP的兩次取樣曝光機圖像分割合成技術。其工作過程如下： 首先利用成像器件CCD對較暗的景物取得爭取的曝光(如用1/50s快門)，將得到第一幀圖像存儲到數據緩沖存儲器中。 其次，利用高速數字信號處理器DSP對送來的圖像數據進行分析，如圖像中較暗的部分曝光正常，而有部分曝光過度的區域(即高亮度區域)，就要對其進行亮度評估。 第三，根據亮度評估結果，再采用高速快門進行曝光(如1/2000s快門)，并將第2次拍攝的圖像也存儲到數據緩沖存儲器中，如此即同時取得兩張明暗兩區均為正確的影像。 最后，再利用高速DSP并通過其中嵌入的特有的圖像處理方法，將兩影像在DPS中高速運算相加，即可兩幅圖像中亮度適當的部分分別切割下來，然后在一幀新的圖像中合成起來，就可以標準制式實時輸出亮暗動態范圍很寬的圖像，例如：室內人物照度為10Lux，而室外景物為1000Lux，此時CCD攝像機可采用1/60秒的速度對室內景物取得正確曝光，再用1/6000秒對室外的景物取得正確的曝光，然后將兩張圖像結合即成為比較完美的圖像。 但是，一般CCD攝像機并不具有這種雙曝光的功能，這是因為一般的通用電路芯片不能實現這樣高速運算，而高速DSP，就具有200K個高速運算門電路的運算速度，同事解決了雙曝光的兩圖像的分別記憶儲存，緊接著即可合成計算的功能，合成處理后再按標準制式實時輸出視頻圖像信號。 顯然，如果再根據圖像的最暗區域至最亮區域的中間過度范圍的整體評估，再對圖像進行三次中間層次的曝光，這樣就得到三幀針對過度范圍內亮度不同的曝光圖像。然后通過特有的圖像識別算法，將上述5幅圖像當中亮度適當的部分分別切割下來，再在一幀新的圖像中合成起來，就會完成并最終輸出比僅有2次曝光取樣更加滿意的圖像。 盡管款動態CCD攝像機與傳統CCD攝像機相比，在技術上有了一次突破，現在已發展到第三代CCD寬動態攝像機，寬動態范圍也達到了160倍，或說54db。而采用五次采樣方式，CCD寬動態攝像機的動態范圍最多也只能達到66db。而現在已推出的CMOS寬動態攝像機，其寬動態范圍已能達到120db。 CMOS寬動態攝像機擴展動態范圍的方法有：雙斜率輸出模式、對數輸出模式、伽馬校正輸出模式、線性-對數輸出模式與CMOS-DSP數字像素式等。下面就簡要的介紹一下CMOS-DSP數字像素式的CMOS攝像機擴展范圍的原理。 CMOS-DSP是繼CMOS-PPS與CMOS-APS之后的第三代CMOS寬動態攝像機。 所謂DSP，即數字像素系統，CMOS-DPS攝像機就是數字像素系統的攝像機。傳統的CCD和CMOS攝像機傳感器都是為每一列或每一行像素點配備一個模擬轉換器(A/D)，每個像素點的輸出都是模擬光信號，存在著噪聲大和輸出時間長等缺點。而DSP是在圖像傳感器的每一個像素點上包含了一個10位A/D轉換器，即在CMOS攝像機圖像傳感器上的有源像素捕捉到光信號時，直接將其放大并轉換為數字信號，從而可將陣列上的信號退化和串擾降到最小，并允許采用更好的降噪辦法，一旦數據以數字格式捕獲，就可以采用各種數字信號處理技術來真正重現圖像。顯然，DSP技術中的圖像傳感器和圖像處理器是全數字式的，并采用32位ARMCPU精確控制每個像素，使每個像素獨立完成采樣和曝光，并直接轉換成數字信號，是目前市面上唯一的，真正的全數字圖像處理系統。
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