宽动态，让摄像机不再惧怕明暗反差

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在一些明暗反差过大的场合，一般的摄像机由于CCD的感光特性所限制，摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。针对这种情况，宽动态技术应运而生，较好地解决了这一问题。而在此之前，传统的摄像机一般会采取背光补偿功能来适应光线反差大的场合。

    常规摄像机视场中的物体在亮度较高的背景光时，需要看门口或窗外的物体，通常采用中央背光补偿(BLC)模式，它主要是靠提升视场中央部分的亮度、降低视场四周部分的亮度来达到看清位于中央位置内物体的目的。背光补偿是把画面分成几个不同的区域，每个区域分别曝光。而宽动态这一技术是同一时间曝光两次，一次快，一次慢，再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体。

    虽然二者都是为了克服在强背光环境条件下，看清目标而采取的措施，但背光补偿是以牺牲画面的对比度为代价的，所以从某种意义上说，宽动态技术是背光补偿的升级。

从一代到三代：宽动态范围不断提高
    1997年，松下首推第一代宽动态摄像机，而到了去年4月，又推出了第三代超级动态摄像机，包括枪机和快球型一体化两种机型，这又一次树起了安防业内宽动态摄像机的风向标。

    宽动态摄像机经历了从第一代到第三代的发展历程，并在这两年逐渐成熟起来。据广州市伟昊科技电子有限公司的工程师周海舰介绍，第一代超动态技术的核心是采用了新型的双速CCD图像传感器，能在同一时间对场景进行长短不同时间的曝光，形成2路信号在专用的图像处理集成电路（mn67352）中进行信号分离及进行时间周期的变换并适当合成，再经适当的加码校正、数模转换，从而输出扩展了40倍的动态范围图像。

    宽动态第二代技术在此基础上进行了改进，其动态范围可以比普通摄像机高出80倍。第二代仍利用了双速CCD图像传感器并采用了数字信号处理技术，然后通过增强的数字处理技术提取两幅画面中图像质量较好的部分加以合成，即可以得到清晰的画面。

第二代宽动态技术做的技术改进有：
    采用了独立的AGC电路和数字拐点电路，两组AGC电路，可以独立地对长时间曝光信号及短时间曝光信号分别处理并使其最佳化，避免S/N比降低问题。由于两组AGC电路具有不同的起控点，因此在摄像机输出特性曲线上出现了两个拐点； 

    第二代超动态还增加了可辨识的灰度级层次，即对黑色参考电平使用阶层式校正电路，并允许最低电平增益值可机动调整，利用正确的黑色参考电平可使图像更加稳定，也就是说，图像最黑的部分会呈现应有的黑色；

    采用了先进的数字降噪电路、增益调整电路和数字滤波器，可将CCD的感光度提升12db，改善最低照度。相对于一般摄像机的3－100lux和第一代超动态3－3000lux的照度范围，第二代达到了0.8－10000lux。

    以松下推出的第三代超级动态摄像机为例，该类摄像机采用了基于每个象素的160倍动态范围技术，双速CCD输出信号动态范围更大，DSP中采用“不分区域的（基于每个象素的）自然对比度图像校正”技术，能根据各象素输入信号电平，实现图像的灰度优化。

    一般来说，宽动态范围达到了40倍以上就可以称作宽动态摄像机了，除此之外，还有冠以超级动态、超宽动态等名称的，但从产品指标参数来看，与一般的宽动态摄像机并没有严格的划分，只不过是叫法的不同。

    从了解的情况来看，各大厂家的宽动态技术各有不同：双倍速CCD传感器加上DSP芯片、普通CCD加上双快门、DPS技术（以CMOS为基础），还有VCOS超级动态技术。而目前主力研发宽动态摄像机的厂家基本上都有自己特有的宽动态技术，如松下的SD－Ⅲ技术、索尼的Dynaview技术、BOSCH的XF超动态功能、GE的XPosureTM技术……等。相对而言，国内很多厂家还缺乏这方面的实力，除此之外，开发芯片的能力也有限，所以现在市面上的国产宽动态摄像机有相当一部分都是贴牌生产的。据了解，松下、三星和索尼等少数厂家占据着宽动态摄像机的绝对市场份额。

    虽然各个厂家的宽动态技术有所不同，但大部分都发展到了第三代。而且总而言之，该类技术都是通过曝光合成来获取图像的，即被拍摄物体以正常速度曝光一次，再高速曝光一次，最后进行合成。另外还有的如JVC的产品是经过5次曝光，比两次曝光的技术更接近图像的实际，还原的效果也更理想。

    深圳市景阳科技有限公司的市场支持部副经理刘弋表示，不同厂家的宽动态摄像机除了前端的差异之外，后端芯片的选择也会影响摄像机的图像效果。例如BOSCH的技术支持工程师刘龙辉介绍，BOSCH已经推出了15bit的DSP。而据了解，这是目前DSP的最快速度，自然而然，15bit的DSP比10bit、12bit处理器的速度更高，图像更精确，成像效果更理想。

    然而，伟昊的周工指出，宽动态摄像机毕竟是采用合成图像，所以图像的还原能力稍差，色彩容易失真，有的还有重影；在一些较差的照度环境，宽动态性能也不容易体现出来。另外，广州利凌电子有限公司的市场经理冯筱羽还补充说，现在宽动态摄像机的清晰度仍不理想，例如同样是480线，用户会在感观上觉得宽动态摄像机还不如普通摄像机清晰等等，这些都是目前仍需要解决的问题。

道路与银行：宽动态摄像机的两大主战场
    由于传统摄像机的动态范围只有3∶1（3倍），如果把摄像机调节到看外面的人清楚，那么进来以后人在显示器上就“黑”了；如果是要看清室内的人，那么室外的图像则变“白”了，而在这种情况下，一台宽动态摄像机就可以解决这样的问题。目前，宽动态摄像机在银行的大门口、高速公路收费站等领域的应用正在大幅提升。还有一些需要看清所有场景、安全等级要求高的场合也会对宽动态摄像机有一定的需求，例如监控从室外进入室内的人员、钻石厂监视加工工作台、银行的柜台以及大门口等。现阶段，道路与银行是宽动态摄像机首先占领的两处战略要地。而接下来，发展较快的还有监狱监控和校园监控等，例如广州大学城就安装了一批宽动态摄像机。

    在分析到目前宽动态摄像机的年需求量时，深圳市新望明洋电子技术有限公司的市场经理高享林表示，“宽动态摄像机的市场表现应该说是比较稳定的，相比以前也不会太大的增长，如用于银行方面的，因为其改造、扩建的市场比较稳定，所以不会有太大幅度的增长。总的来说，宽动态摄像机每年出货量可以保持在20-30万只。”
(中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮)