主页（http://www.pttcn.net）：当一统天下遭遇后起之秀 宽动态技术更需精益求精
 在使用监控摄像机的时候，被摄场景明暗光线反差过大造成画面不清的难题一直困扰着广大用户。随着宽动态技术的开发及应用，这个问题得到了很大的改观。本文针对两种不同的宽动态实现技术，进行了深入的分析和比较，同时根据应用、安装、调试、选购以及市场的发展情况，提出了各厂家的看法和意见，仅供参考。
作为摄像机的重要功能，宽动态技术（WDR）发展至今正在逐渐走向成熟。在宽动态技术未问世之前，传统的摄像机普遍采用的是背光补偿（BLC）的方法来解决强光或逆光状态下摄像机主体画面过暗和不清晰的问题。但是这种方式并不能保证整个图像画面的清晰。因此，随着应用的需求，在后来的技术发展过程中，宽动态技术被研究问世，并作为摄像机的一种特殊功能被广泛应用到工程实际。
自宽动态技术被提出，发展到现在，在技术上便先后出现了两种不同的宽动态实现方案。一种是以CCD配合DSP芯片的处理方式，采用双曝光或者多次曝光，通过DSP处理，形成优质画面，这是传统的主流宽动态实现技术。该实现技术的代表厂家有Panasonic（松下）、Sony（索尼）、JVC（杰伟士）、SAMSUNG TECHWIN（三星光电子）、SAMSUNG（三星电子）、LG（乐金）等日韩厂家，这些厂家都具有强大的研发实力，能开发出相应的DSP芯片。另一种则是PIXIM公司基于CMOS研发的DPS技术（数字图像传感和处理系统），其采用的核心技术对每个像素进行多次单独无损失采样，并控制每个像素的最佳采样时间，从而使每个像素达到最佳状态时才存贮像素信息，可同时获取监控场景中明亮及阴暗区域中详细的图像信息,采用该项技术生产的摄像机已越来越多，具有后起之秀的强劲发展态势，代表厂家有池上、景阳等。
CCD+DSP技术
由一统天下遭遇严峻挑战
宽动态技术是伴随着DSP技术的发展而发展的，CCD配合DSP处理技术最早是由松下公司提出和大规模应用到实际生产中的。据松下电器（中国）有限公司项目推进中心的郭辰见介绍，1997年，松下公司首次推出了宽动态摄像机（SD技术），它的宽动态范围达到普通摄像机的40倍。到了1999年，松下公司推出第二代超级宽动态摄像机，它的宽动态范围达到80倍（48dB）。随后，松下的第三代超级宽动态摄像机于2005年4月问世，它的宽动态范围达到了160倍（54dB），代表机型为WV-CP480、WV-CW960。
如今的第三代超级宽动态技术使用双速CCD配合DSP的处理方法已经相当成熟了。这种双曝光（或双快门）技术也是采用最普遍的宽动态摄像机处理技术。该技术的核心是针对明暗反差较大的场景，摄像机先对明亮区域进行一次快速曝光，得到一幅亮部区域清晰正常的图像并存储到数据缓冲存储器中；然后再对场景中暗部区域进行一次慢速曝光，得到一幅暗部区域画面清晰的图像也存储到数据缓冲存储器中；以上曝光完毕后，利用DSP特有的图像处理算法，将两副图像当中亮度适当的部分分别切割下来，最后进行叠加合成并输出一副明暗区域都清晰可见的图像。这样就能避免亮部曝光过度和暗部曝光不足的问题，从而使整个画面都清晰可见，实现宽动态的处理效果。
从市场上看，CCD配合DSP技术方案的宽动态摄像机（以下简称DSP摄像机）产品一直是市场的主流，且使用这种方案的厂家众多，虽然有研发实力的厂家宽动态技术绝大多数相似，但是由于采用不同的DSP芯片，在具体的细节处理上还是有他们自己的独特之处。
1、五次取样方式
据JVC技术部工程师谭耀明介绍，JVC采用的五次取样方式（也叫五次合成电子快门）实际上就是在双快门曝光的基础之上多增加三次曝光的图像取样技术。摄像机在前两副图像上根据对最亮区域至最暗区域的中间过度范围的整体评估，再对图像进行三次中间层次的曝光，这样又得到了三幅过度范围内亮度不同的曝光图像，最后再将五幅图像中亮度适当的部分切割下来组合起来并输出一幅新的图像。五次曝光技术的运用又是对宽动态处理技术的一次拓展。
2、伽玛值曲线修正处理
据了解，伽玛值实际上就是亮度层次间灰阶关系在行业内部采用的专有名词，也是视频行业称之为对图像的“灰阶比例修正方式”。据市场了解这种技术在针对图像采集时，它会进行暗、亮不同区域的调整。按照要求，分组逐渐降低高亮度层次间的灰阶关系，同时逐渐提高低亮度层次间的关系，达到扩展低亮度区域层次关系，压缩高亮度层次关系的目的，间接扩展图像亮度的动态范围。比如，人们关注的颜色、或者对比度等，它会根据不同区域进行放大，拥有不同的模式。这种技术的运用可以使图像在修正之后达到更好的效果。
3、超级数字降噪处理技术
据广州瀚祺电子科技有限公司的技术工程师贺伟介绍，三星光电子自主研发出的超级图像数字降噪技术(SSNR)，可以在夜晚极低照度条件下，通过降低随机出现的噪点，拍摄出和真实物体几乎一模一样的图像，消除动态图像噪点到几乎可以忽略的地步。增加图像感光度、解决图像阴影及拖尾现象、节省硬盘存储空间，这些都是常规的数字降噪技术所达不到的。它可以为使用MPEG压缩格式的DVR节省70%的硬盘空间。目前，除外三星光电子，采用该项技术的还有松下、三星电子、LG等。
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DPS技术
奋起直追的后起之秀
DPS技术是二十世纪九十年代美国斯坦福大学研发的一种新型的图像拾取系统，之后成立了Pixim公司，专门推广该项技术。此系统可以通过其超强的宽动态功能来获得高质量图片，申请了56项专利，其中42项已经生效。在DPS 技术中每个像素都有一个ADC（analog-to-digital converter），每个像素的信息都是独立捕捉和处理的，同时使用了一个32bit的CPU处理芯片ARM7（或者ARM9）控制其每个像素的曝光时间，并使得模—数转换更精确。因此即使在极端照明的条件下的高动态范围场景，都能拍出还原准确低噪波的图像。
据深圳市景阳数码技术有限公司的技术部工程师谭瑜鹤介绍，2005年，深圳景阳数码与美国Pixim公司合作在国内第一家推出DPS超宽动态摄像机。DPS处理技术在采集一幅图像时，系统可对每个像素进行多次单独无损失采样，并控制每个像素的最佳采样时间，从而使每个像素达到最佳状态时才存贮像素信息，可同时获取监控场景中明亮及阴暗区域中的详细的图像信息。这比CCD摄像机的两次曝光成像有了更高的动态范围。从数值上来说，CCD的最大动态范围为60dB，而DPS摄像机的动态范围一般可到95dB，最高可达120dB。DPS摄像机从传感器到输出的过程中，单帧图像获取的时间仅为0.8ms，而传统CCD技术则需数十ms，从而它最大限度地减少了无效的转换。因此，它减少了信号的传输时间，减小了信号的衰减、信号的传输与转换的噪声，即降低了噪声和衰减，最终形成高质量的图像。
(中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮) |
