主頁（http://www.130131.com）：當一統天下遭遇后起之秀 寬動態(tài)技術更需精益求精

在使用監(jiān)控攝像機的時候，被攝場景明暗光線反差過大造成畫面不清的難題一直困擾著廣大用戶。隨著寬動態(tài)技術的開發(fā)及應用，這個問題得到了很大的改觀。本文針對兩種不同的寬動態(tài)實現技術，進行了深入的分析和比較，同時根據應用、安裝、調試、選購以及市場的發(fā)展情況，提出了各廠家的看法和意見，僅供參考。

作為攝像機的重要功能，寬動態(tài)技術（WDR）發(fā)展至今正在逐漸走向成熟。在寬動態(tài)技術未問世之前，傳統的攝像機普遍采用的是背光補償（BLC）的方法來解決強光或逆光狀態(tài)下攝像機主體畫面過暗和不清晰的問題。但是這種方式并不能保證整個圖像畫面的清晰。因此，隨著應用的需求，在后來的技術發(fā)展過程中，寬動態(tài)技術被研究問世，并作為攝像機的一種特殊功能被廣泛應用到工程實際。

自寬動態(tài)技術被提出，發(fā)展到現在，在技術上便先后出現了兩種不同的寬動態(tài)實現方案。一種是以CCD配合DSP芯片的處理方式，采用雙曝光或者多次曝光，通過DSP處理，形成優(yōu)質畫面，這是傳統的主流寬動態(tài)實現技術。該實現技術的代表廠家有Panasonic（松下）、Sony（索尼）、JVC（杰偉士）、SAMSUNG TECHWIN（三星光電子）、SAMSUNG（三星電子）、LG（樂金）等日韓廠家，這些廠家都具有強大的研發(fā)實力，能開發(fā)出相應的DSP芯片。另一種則是PIXIM公司基于CMOS研發(fā)的DPS技術（數字圖像傳感和處理系統），其采用的核心技術對每個像素進行多次單獨無損失采樣，并控制每個像素的最佳采樣時間，從而使每個像素達到最佳狀態(tài)時才存貯像素信息，可同時獲取監(jiān)控場景中明亮及陰暗區(qū)域中詳細的圖像信息,采用該項技術生產的攝像機已越來越多，具有后起之秀的強勁發(fā)展態(tài)勢，代表廠家有池上、景陽等。

CCD+DSP技術
由一統天下遭遇嚴峻挑戰(zhàn)
寬動態(tài)技術是伴隨著DSP技術的發(fā)展而發(fā)展的，CCD配合DSP處理技術最早是由松下公司提出和大規(guī)模應用到實際生產中的。據松下電器（中國）有限公司項目推進中心的郭辰見介紹，1997年，松下公司首次推出了寬動態(tài)攝像機（SD技術），它的寬動態(tài)范圍達到普通攝像機的40倍。到了1999年，松下公司推出第二代超級寬動態(tài)攝像機，它的寬動態(tài)范圍達到80倍（48dB）。隨后，松下的第三代超級寬動態(tài)攝像機于2005年4月問世，它的寬動態(tài)范圍達到了160倍（54dB），代表機型為WV-CP480、WV-CW960。

如今的第三代超級寬動態(tài)技術使用雙速CCD配合DSP的處理方法已經相當成熟了。這種雙曝光（或雙快門）技術也是采用最普遍的寬動態(tài)攝像機處理技術。該技術的核心是針對明暗反差較大的場景，攝像機先對明亮區(qū)域進行一次快速曝光，得到一幅亮部區(qū)域清晰正常的圖像并存儲到數據緩沖存儲器中；然后再對場景中暗部區(qū)域進行一次慢速曝光，得到一幅暗部區(qū)域畫面清晰的圖像也存儲到數據緩沖存儲器中；以上曝光完畢后，利用DSP特有的圖像處理算法，將兩副圖像當中亮度適當的部分分別切割下來，最后進行疊加合成并輸出一副明暗區(qū)域都清晰可見的圖像。這樣就能避免亮部曝光過度和暗部曝光不足的問題，從而使整個畫面都清晰可見，實現寬動態(tài)的處理效果。

從市場上看，CCD配合DSP技術方案的寬動態(tài)攝像機（以下簡稱DSP攝像機）產品一直是市場的主流，且使用這種方案的廠家眾多，雖然有研發(fā)實力的廠家寬動態(tài)技術絕大多數相似，但是由于采用不同的DSP芯片，在具體的細節(jié)處理上還是有他們自己的獨特之處。

1、五次取樣方式
據JVC技術部工程師譚耀明介紹，JVC采用的五次取樣方式（也叫五次合成電子快門）實際上就是在雙快門曝光的基礎之上多增加三次曝光的圖像取樣技術。攝像機在前兩副圖像上根據對最亮區(qū)域至最暗區(qū)域的中間過度范圍的整體評估，再對圖像進行三次中間層次的曝光，這樣又得到了三幅過度范圍內亮度不同的曝光圖像，最后再將五幅圖像中亮度適當的部分切割下來組合起來并輸出一幅新的圖像。五次曝光技術的運用又是對寬動態(tài)處理技術的一次拓展。

2、伽瑪值曲線修正處理
據了解，伽瑪值實際上就是亮度層次間灰階關系在行業(yè)內部采用的專有名詞，也是視頻行業(yè)稱之為對圖像的“灰階比例修正方式”。據市場了解這種技術在針對圖像采集時，它會進行暗、亮不同區(qū)域的調整。按照要求，分組逐漸降低高亮度層次間的灰階關系，同時逐漸提高低亮度層次間的關系，達到擴展低亮度區(qū)域層次關系，壓縮高亮度層次關系的目的，間接擴展圖像亮度的動態(tài)范圍。比如，人們關注的顏色、或者對比度等，它會根據不同區(qū)域進行放大，擁有不同的模式。這種技術的運用可以使圖像在修正之后達到更好的效果。

3、超級數字降噪處理技術
據廣州瀚祺電子科技有限公司的技術工程師賀偉介紹，三星光電子自主研發(fā)出的超級圖像數字降噪技術(SSNR)，可以在夜晚極低照度條件下，通過降低隨機出現的噪點，拍攝出和真實物體幾乎一模一樣的圖像，消除動態(tài)圖像噪點到幾乎可以忽略的地步。增加圖像感光度、解決圖像陰影及拖尾現象、節(jié)省硬盤存儲空間，這些都是常規(guī)的數字降噪技術所達不到的。它可以為使用MPEG壓縮格式的DVR節(jié)省70%的硬盤空間。目前，除外三星光電子，采用該項技術的還有松下、三星電子、LG等。

WDR技術發(fā)展歷程示意圖

DPS技術
奮起直追的后起之秀
DPS技術是二十世紀九十年代美國斯坦福大學研發(fā)的一種新型的圖像拾取系統，之后成立了Pixim公司，專門推廣該項技術。此系統可以通過其超強的寬動態(tài)功能來獲得高質量圖片，申請了56項專利，其中42項已經生效。在DPS 技術中每個像素都有一個ADC（analog-to-digital converter），每個像素的信息都是獨立捕捉和處理的，同時使用了一個32bit的CPU處理芯片ARM7（或者ARM9）控制其每個像素的曝光時間，并使得模—數轉換更精確。因此即使在極端照明的條件下的高動態(tài)范圍場景，都能拍出還原準確低噪波的圖像。

據深圳市景陽數碼技術有限公司的技術部工程師譚瑜鶴介紹，2005年，深圳景陽數碼與美國Pixim公司合作在國內第一家推出DPS超寬動態(tài)攝像機。DPS處理技術在采集一幅圖像時，系統可對每個像素進行多次單獨無損失采樣，并控制每個像素的最佳采樣時間，從而使每個像素達到最佳狀態(tài)時才存貯像素信息，可同時獲取監(jiān)控場景中明亮及陰暗區(qū)域中的詳細的圖像信息。這比CCD攝像機的兩次曝光成像有了更高的動態(tài)范圍。從數值上來說，CCD的最大動態(tài)范圍為60dB，而DPS攝像機的動態(tài)范圍一般可到95dB，最高可達120dB。DPS攝像機從傳感器到輸出的過程中，單幀圖像獲取的時間僅為0.8ms，而傳統CCD技術則需數十ms，從而它最大限度地減少了無效的轉換。因此，它減少了信號的傳輸時間，減小了信號的衰減、信號的傳輸與轉換的噪聲，即降低了噪聲和衰減，最終形成高質量的圖像。
(中國集群通信網 | 責任編輯：陳曉亮)