宽动态摄像机分析

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    随着摄像机应用场合的逐渐细化，在一些明暗反差较大的场合，宽动态摄像机得以大展拳脚。而近年来，随着宽动态摄像机、超级动态摄像机、超宽动态摄像机等名词的频频出现，宽动态摄像机也让人不再陌生。但伴随摄像机微利时代的到来，定位高端的宽动态摄像机该如何应对？宽动态技术自身的瓶颈又该如何去解决？宽动态的出路又在何方？

    借此机会，本专题将与您详细探讨宽动态摄像机的最新发展现状、技术热点、未来趋势和前景等问题，希望能引起大家的共鸣和对宽动态摄像机发展的一些思考。

明暗强烈对比下的“鹰眼”解读宽动态摄像机
    随着监控系统的日渐普及，摄像机已经在各个领域中担任重要角色，为社会治安保驾护航。而摄像机在被广泛应用的同时，也遇到了一个难以跨越的障碍——强光。常规摄像机视场中的物体在有亮度较高的背景光情况下，如当户外阳光强烈时监看门口或窗外的物体，因被拍摄的主体目标后面有非常亮的背景或一个亮点光源，而导致摄像机输出的图像出现明亮区域因曝光过度显现为白色、黑暗区域因曝光不足而成为黑色。这是因为传统普通摄像机对单一图像中最亮和最暗部分的平衡调整能力非常有限，一般是以摄取进来的所有光线的平均值为基准，并决定曝光等级，因此经常使得监控画面仅仅只能看到图像的轮廓，色彩层次感也不突出。为了克服这个问题，一种称为背光补偿（BLC）的方法通过加权的区域理论被广泛使用在多数摄像机上。采用中央背光补偿（BLC）模式，其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。但是在这种情况下摄像机无法同时看清前场景与后场景内的目标，而使用宽动态（WDR）范围工作模式则能在很大程度上解决这一矛盾。它首先对明亮区域的被摄物体用最合适的快门速度进行曝光，然后再对阴暗区域的被摄物体用最适合的快门速度进行曝光，最后将两个图像用DSP数字信号处理芯片，将捕捉到的两幅图像重新组合在一张图像上，使其扩大了可能处理的动态范围，让明亮区域和阴暗区域的被摄物体都可以看得清楚。

    由此我们可以看到，在强背光环境下，背光补偿是以牺牲画面的对比度为代价的，相较之，宽动态技术在某种意义上而言，其实是对背光补偿技术的改良和升级。

技术篇
DSP技术 PK DPS技术
    据了解，宽动态技术大约出现在1997年，天津天地伟业数码科技有限公司产品经理叶韶光介绍：“宽动态最早是松下公司提出的技术，主要是为了把明暗环境的图像同时清晰地表现出来，从最早的单CCD双快门、双CCD到现在的DPS技术，宽动态的发展速度确实很快。”

    去年4月，松下推出了其第三代超级动态摄像机，又一次成为宽动态摄像机行业中的领头羊。松下电器（中国）有限公司技术工程师王鹏宇对第三代宽动态摄像机在技术上的创新，作了以下阐述：“以松下为例，前几代的宽动摄像机的图像是分成几个区域，进行对比度图像校正的，而第三代的SD-Ⅲ技术则采用了每个像素的160倍动态范围技术，双速CCD输出信号动态范围更大，DSP中采用基于每个像素不分区域的自然对比度图像校正技术，能根据各像素输入信号电平，实现图像的灰度优化。同时，第三代宽动态摄像机还增加了其他的功能，诸如动态范围调整、智能处理技术、自动数字降噪、图像稳定技术等。”

    随后，尽管各个厂家的宽动态技术有所不同，但大部分也都发展到了第三代。广州瀚祺电子科技有限公司技术总工程师占争荣说：“第二代宽动态我们一般定义48dB，也是说动态范围是普通摄像机的80倍，而第三代宽动态达到了52dB以上，以就是说动态范围是普通摄像机的128倍以上。同时第三代宽动态在图像的灵敏度、分辨率上都有了很大的提高，第二代宽动态的摄像机大多只是在480线左右，而第三代宽动态的摄像机的分辨率都普遍在520线以上，其最低照度也有了很明显的提高。”

    目前，景阳集团与美国PIXIM公司合作开发的第一代运用DPS技术的宽动态摄像机，深圳市景阳智能科技有限公司总工程师张波介绍：“目前看来以CCD为代表的宽动态摄像机技术发展经历了三代，但其工作原理上没有质的改变。而DPS技术，是一种不同于CCD、COMS的全新数字图像处理和成像技术。DPS能节省无效的传输转换，降低了噪音和衰减。同时，还可对每个像素进行多次单独无损失采样，并在像素达到饱和、无法保持更多电荷之前存储像素信息。并对存储信息值（亮度、时间、噪声偏移）进行并行处理，转换为高质量图像。同时，每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。”

    笔者在采访中还了解到，目前国内一部分摄像机制造厂商已开始采用DPS技术，且有不错的市场反响，相信在以后的市场检验中会逐渐彰显出它的魅力。一些业内人士也表示，DPS作为数字摄像机的出现，必将对以DSP摄像机为主导的监控领域造成冲击，可预计在不久的将来，宽动态摄像机市场会面临DSP和DPS两种传感技术的竞争，动态范围也势必不断扩大，让技术得到不断的提升。

核心技术难掌握 自身技术待提升
    宽动态摄像机在逐渐走向成熟的同时，其自身的弱点和技术上的瓶颈也日益突显出来。长期以来，应用于安防市场上的中、高端摄像机大多是来自日本、韩国、欧美等知名厂商的品牌，这主要得益于其掌握有摄像机的核心技术，如关键芯片CCD用的大都是日本厂商SONY、SHARP和Panasonic等。由于国外厂商自身拥有的关键技术，加上对技术开发的投入力度都相当大，新产品更新换代速度快，因而抢占了很大部分的市场分额。广州瀚祺占争荣就表示：“目前，国内具备开发宽动态的厂家并不多，真正具有宽动态的摄像机也不是很多，很多厂商所说的宽动态之类的实际上仅是一个背光补偿的升级，并不是真正意义上的宽动态。”

    而在影像处理技术上，由于宽动态技术采用的是图像合成技术，使得图像还原能力稍差，色彩也容易失真，若处理不好，有时还会产生重影现象。同时，一些厂商还表示，部分宽动态摄像机在480线的状态下，其在清晰度上也还有待进一步的提高。三立视频科技（深圳）有限公司市场部工程师张治国就此类瓶颈提供了一些改良办法：在图像清晰度上，可以由目前的两次曝光、一次处理，提高为两次曝光、多次处理，通过DSP处理芯片，在处理软件上下工夫，提高技术，增加几次处理，这样能更接近图像的实际，还原效果也更理想。但他也表示，这也仅仅是改善而已，清晰度和图像还原能力还是宽动态摄像机的主要制约因素。
(中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮)