主页（http://www.pttcn.net）：宽动态技术让视频监控摄像机如虎添翼 【中国集群通信网】在技术发展和用户的需求的催生下，宽动态摄像机孕育而生，经历了三代技术的升级，宽动态技术给社会带来的好处不言而喻，正所谓金无足赤，人无完人，所以我们应该正确认识这一技术的发展，接下来跟大家一起分享一下宽动态摄像机的现状。 宽动态摄像机的技术、功能介绍 宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。 当在强光源(日光、灯具或反光等)照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。 广义上的“动态范围”是指某一变化的事物可能改变的跨度，即其变化值的最低端极点到最高端极点之间的区域，此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。这是一个应用非常广泛的概念，在谈及摄像机产品的拍摄图像指标时，一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度(反差)及色温(反差)的变化范围。 宽动态摄像机比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍。自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100Lux，而外面风景的照度可能是10,000Lux,对比就是10,000/100=100:1。这个对比使人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000:1的对比度。然而以传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题，传统摄像机只有3:1的对比性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光，但是室外的影像会被清除掉(全白);或者换种方法，摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被清除(全黑)。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。 宽动态是一项很实用的技术，拉近了摄像机与人眼的距离(让摄像机对画面的处理和显示更加贴近人眼的识别程度)，让用户有了一种更人性化的体验。因为经过几万年的进化，人眼的宽动态性能超强，对于实际场景中和各种光线下的区域，如较暗的区域和较亮的区域都能同时看清。而对于传统的摄像机、镜头来说确是一个很大的挑战。在一幅画面中，如果有较亮的区域和较暗的区域同时存在，比如银行的大厅，有很大的窗户，在窗外的光线很强的情况下，就会造成明暗对比差异很大的场景，这对于普通的摄像机来说，要看清亮的部分，则暗的区域就是全黑的，而要看清暗的区域，则亮的区域就过爆，也是一片白，什么都看不见。海康威视产品总监应群表示，运用了宽动态摄像机后，就能达到很好的效果，即能同时兼顾到明亮和昏暗的区域，都可以看清;这样的功能对于银行、出入口等很多实际场景的监控都有非常直接的帮助，能达到监控的实际要求。 目前海康威视已经推出了基于SONY最新超宽动态CCDSensor的系列摄像机，能达到160X的宽动态效果，在亮暗对比强烈的场景下都能达到很好的监看效果，满足了实际使用环境的要求。 CCD、CMOS摄像机拓展宽动态范围的方法 目前，CCD摄像机扩展动态范围的方法有输出信号伽马修正方法、对数压缩放大方法、单帧图像两次取样方法、单帧图像多次取样方法四种。在安防监控领域中，一般多采用单帧图像两次或五次取样方法，尤其多用两次曝光取样的方法。下面介绍一下这种曝光取样方法的原理。 所谓“单帧图像两次取样方法”或说“两次合成电子快门”。其典型特征是基于中速感光器件及高速DSP的两次取样曝光机图像分割合成技术。其工作过程如下： 首先利用成像器件CCD对较暗的景物取得争取的曝光(如用1/50s快门)，将得到第一帧图像存储到数据缓冲存储器中。 其次，利用高速数字信号处理器DSP对送来的图像数据进行分析，如图像中较暗的部分曝光正常，而有部分曝光过度的区域(即高亮度区域)，就要对其进行亮度评估。 第三，根据亮度评估结果，再采用高速快门进行曝光(如1/2000s快门)，并将第2次拍摄的图像也存储到数据缓冲存储器中，如此即同时取得两张明暗两区均为正确的影像。 最后，再利用高速DSP并通过其中嵌入的特有的图像处理方法，将两影像在DPS中高速运算相加，即可两幅图像中亮度适当的部分分别切割下来，然后在一帧新的图像中合成起来，就可以标准制式实时输出亮暗动态范围很宽的图像，例如：室内人物照度为10Lux，而室外景物为1000Lux，此时CCD摄像机可采用1/60秒的速度对室内景物取得正确曝光，再用1/6000秒对室外的景物取得正确的曝光，然后将两张图像结合即成为比较完美的图像。 但是，一般CCD摄像机并不具有这种双曝光的功能，这是因为一般的通用电路芯片不能实现这样高速运算，而高速DSP，就具有200K个高速运算门电路的运算速度，同事解决了双曝光的两图像的分别记忆储存，紧接着即可合成计算的功能，合成处理后再按标准制式实时输出视频图像信号。 显然，如果再根据图像的最暗区域至最亮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，这样就得到三帧针对过度范围内亮度不同的曝光图像。然后通过特有的图像识别算法，将上述5幅图像当中亮度适当的部分分别切割下来，再在一帧新的图像中合成起来，就会完成并最终输出比仅有2次曝光取样更加满意的图像。 尽管款动态CCD摄像机与传统CCD摄像机相比，在技术上有了一次突破，现在已发展到第三代CCD宽动态摄像机，宽动态范围也达到了160倍，或说54db。而采用五次采样方式，CCD宽动态摄像机的动态范围最多也只能达到66db。而现在已推出的CMOS宽动态摄像机，其宽动态范围已能达到120db。 CMOS宽动态摄像机扩展动态范围的方法有：双斜率输出模式、对数输出模式、伽马校正输出模式、线性-对数输出模式与CMOS-DSP数字像素式等。下面就简要的介绍一下CMOS-DSP数字像素式的CMOS摄像机扩展范围的原理。 CMOS-DSP是继CMOS-PPS与CMOS-APS之后的第三代CMOS宽动态摄像机。 所谓DSP，即数字像素系统，CMOS-DPS摄像机就是数字像素系统的摄像机。传统的CCD和CMOS摄像机传感器都是为每一列或每一行像素点配备一个模拟转换器(A/D)，每个像素点的输出都是模拟光信号，存在着噪声大和输出时间长等缺点。而DSP是在图像传感器的每一个像素点上包含了一个10位A/D转换器，即在CMOS摄像机图像传感器上的有源像素捕捉到光信号时，直接将其放大并转换为数字信号，从而可将阵列上的信号退化和串扰降到最小，并允许采用更好的降噪办法，一旦数据以数字格式捕获，就可以采用各种数字信号处理技术来真正重现图像。显然，DSP技术中的图像传感器和图像处理器是全数字式的，并采用32位ARMCPU精确控制每个像素，使每个像素独立完成采样和曝光，并直接转换成数字信号，是目前市面上唯一的，真正的全数字图像处理系统。
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