重新定义宽动态范围

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数十年来，CCTV监控系统工程商一直面对一个似乎不可逾越的障碍——如何使摄像机对着具有明亮阳光或明亮背景的视野拍摄到较暗区域内的细节。

发生这种情况的场所包括：安装了宽大玻璃窗的办公楼大厅、驾设在ATM机上面的摄像机、带有大型卡车进出口的码头，以及几乎每个零售商店。摄像机被安装在这些场所时，由于光线的原因，就会出现只能看到图像的轮廓、画面被破坏、缺乏色彩层次等问题。

一般的解决方案效果好坏参半：牺牲摄像机原有的优势，来得到有用的图像或技术，如背光补偿功能。

GE Security的Xposure技术代表了摄像机传感器方面的一项突破性进展。它是一种捕捉高质量图像的尖端技术，即使在最具动感和最苛刻的光照条件下也不例外。

工作原理

Xposurer技术的核心是在图像传感器的每一像素内包含有一个模数转换器（ADC）。ADC在捕捉到光信号时直接转换为数字信号，从而最大限度地降低信号在排列中的衰减和干扰。同时，它还支持更高级别的噪声降低办法。一旦以数字格式捕捉到数据后，各种数字信号处理技术就被运用来获取最佳质量的图像。

该技术采用一种被称为多重采样的技术来采集信息，以达到无可匹敌的图像质量和较高的宽动态范围。每个像素都在一个捕捉画面中经过多次无破坏性的单独采样（一般在视频图像中为50/60次/秒）。成像系统决定采样的最佳时间, 并在像素达到饱和、无法保持更多电荷之前存储像素信息。

接着，系统对捕捉到的每一个像素中的存储信息值（亮度、时间、噪声偏移）进行并行处理，并转换为高质量图像。与此相对，其他技术一般是为画面设置一个曝光时间，并在该时间对每一像素进行采样，而这会导致产生一些曝光不足（太暗）和曝光过度（太亮）的像素图像。

Xposure技术的首款产品是UltraView KTC-XP1，它包含一个数字图像传感器和一个数字图像处理器，其功能类似人的眼睛和大脑，具有双向实时互动性，以捕捉可以达到的最高质量的图像。就像一个人走入一间黑暗的房间时，其大脑会指示眼睛的瞳孔放大，以接受更多的光线一样，数字图像处理器会将新的代码加载在传感器上，不仅可以改变曝光的时间，而且还可以改变实际的图像捕捉算法。结果是：在特定的图像特征和光照条件下，尽可能地获得最佳的图像。

因为每一个像素都有自己的模数转换器，且生成的信息都是独立捕捉和处理，所以，每一个像素实际上就是一部摄像机。每一个像素的曝光时间都经过调节，以适应图像传感器阵列中该像素所在位置独特的光照条件。然后，这些图像被组合起来，以生成高质量的视频画面或图片。

清晰度更高、色彩更佳丰富

时下流行的专门术语是像素数目。人们认为，像素数目越多，清晰度越佳。这当然没错，但对监控摄像机来说，却完全不对，因为更高的像素数目意味着需要更多的传输带宽和存储空间。例如，如果一幅400,000像素的图像（对高分辨率的安全用摄像机来说属于标准水平），需要20G的存储空间以60帧/秒的帧率拍摄12小时的视频画面，则一幅4M大小的图像将需要200G的存储空间用于同样12小时的拍摄。对于一台摄像机来说，虽然图像质量更高，但却牺牲了存储空间，这正是大多数摄像机的像素数目最高达到约40万的原因所在。

Xposure技术通过彻底改造传感器上的像素形状和图像处理方式，克服了需要更多像素以达到高清晰度的缺点。与传统的CCD传感器不同，Xposure技术的像素形状可确保尽可能少地校正传感器的对角线分辨率，提供了更高的可视清晰度。

Xposure基于CMOS技术，并融合了一项创新专利的处理方法。与传统CCD摄像机相比，这些CMOS传感器在每一平方英寸的面积中都有更高的像素数目，从而可获得更高的分辨率。更为重要的是，Xposure的CMOS传感器采用了一个14-bit处理器，且最亮像素与最暗像素的差别范围为65,556。这比大多数CCD摄像机要大得多，因为后者采用8-bit处理器，最亮仅比最暗像素亮256倍。因此，在采用Xposure技术后，用户可获得超过95 dB的宽动态范围，而CCD传感器的宽动态范围仅为40 dB。

使用传统传感器得到的图像与使用Xposure技术得到的图像相比，其差别是非常明显的，如果在图像上进行数码变焦，则差别会更大。实际上，一些客户称Xposure的数码变焦可以与某些摄像机上的光学变焦相媲美。

对每一个像素都同样采用精确、最佳的曝光时间，可以保证色彩尽可能的真实。这仅仅是Xposure技术实用性的一个方面。当与WDR技术甚至是其它CCD摄像机相比，UltraViewr提供的色彩与现实色彩要接近得多，其对比度与亮度调节也精确得多。即使是在不很苛刻的条件下，这一点也是适用的，这使Xposure技术在许多户外宽动态需求的应用中具有优势。

系统软件

与硬件联接的处理传感器技术不同，Xposure技术采用的是基于软件的处理。这意味着无需更换硬件就可以进行技术升级，并且一次性购买摄像机后，可以在摄像机处理图像的方式上进行数次的改进。这延长了Xposure技术摄像机的使用寿命，且作为最终用户服务合同的一部分，甚至可为安装商创造了一种潜在的重复营收的模式。

随着成像技术向全数字式系统的转变，Xposure技术为最高质量的视频监控解决方案奠定了图像捕捉和处理的坚实基础。