主頁(yè)（http://www.130131.com）：4種CCD寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的性能比較(2)

　　其次，通過(guò)所設(shè)計(jì)的模擬電路或利用DSP中特有的圖像處理算法，對(duì)圖像中的不同亮度層次進(jìn)行取樣，并將接近的層次劃分成若干等級(jí)，其劃分的等級(jí)數(shù)在數(shù)字處理方式中取決于圖像的復(fù)雜程度及DSP的處理能力;

　　最后，按照用戶要求的方式，分組逐漸降低高亮度層次間的灰階關(guān)系，同時(shí)逐漸提高低亮度層次間的灰階關(guān)系，以達(dá)到擴(kuò)展低亮度區(qū)域的層次關(guān)系，壓縮高亮度區(qū)域的層次關(guān)系的目的，從而間接地?cái)U(kuò)展了圖像亮度的動(dòng)態(tài)范圍。

　　此種方式即“伽馬修正方式”，或“灰階比率修正方式”。其典型特征則為基于模擬電路或修正算法加DSP而進(jìn)行單次曝光的輸出灰階比率修正方式。

　　4種擴(kuò)展CCD攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的性能比較

　　4種擴(kuò)展CCD攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的性能比較如下表所示。

　　4種擴(kuò)展CCD攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的性能比較表

　　對(duì)數(shù)壓縮放大方式會(huì)改變圖像的色彩及信噪比，對(duì)圖像有一定的劣化作用，因而需對(duì)其后續(xù)圖像信號(hào)處理電路進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)。由于該技術(shù)復(fù)雜及成本過(guò)高，主要用于廣播電視用途的攝像機(jī)上，未用于安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)。

　　輸出信號(hào)伽馬值修正方式由于僅改變了輸出信號(hào)層次，而沒(méi)有真正增加原始信號(hào)的層次，因而僅提高了視覺的觀感，實(shí)際上攝像機(jī)并未感受到真實(shí)的層次變化。再加之其成本也過(guò)高，所以也主要用于廣播電視用途的攝像機(jī)上，而在安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)領(lǐng)域僅對(duì)其簡(jiǎn)化，作為一種輔助手段，在攝像機(jī)內(nèi)另立菜單調(diào)整。

　　在安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展技術(shù)上，實(shí)際上以兩次及多次曝光方式效果最為理想而用得最多。其中，兩次曝光方式已被很多攝像機(jī)廠商所掌握，并開始普及。但由于曝光速度僅有兩次選擇，其圖像的過(guò)渡層次少于多次曝光方式。

　　多次曝光方式由于可對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景進(jìn)行多次曝光取樣，使獲得的實(shí)際原始層次最為豐富，因而可保存最多的原始信息，所以至今仍是CCD攝像機(jī)行業(yè)內(nèi)最好的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展方法。該技術(shù)僅為日本JVC等5家公司所掌握。

　　攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試方法

　　對(duì)攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試方法可能不盡相同，但其測(cè)試原理大同小異，這里介紹一基本方法。

　　1、測(cè)試攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍所需的設(shè)備及條件

　　測(cè)試的設(shè)備：

　�、偻干浠叶瓤ㄅc反射灰度卡;

　�、诹炼瓤烧{(diào)的背光燈箱與亮度可調(diào)的照射光源;

　�、垡曨l監(jiān)視器與波形監(jiān)視器;

　　④測(cè)光表或照度計(jì);

　�、輼�(biāo)準(zhǔn)內(nèi)鏡頭等。

　　測(cè)試的條件：需要在暗室內(nèi)進(jìn)行。

　　2、測(cè)試攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的基本方法與步驟

　　第一步：在暗室中一桌子的同一垂直平面上安裝兩套雙階灰度測(cè)試卡，其中1套透射灰度卡采用亮度可調(diào)的背光光源作為恒定參照，調(diào)整背光源亮度，確保自正面中心確認(rèn)白塊表面的發(fā)散照度為2500Lux;另外一套反射灰度卡采用位于其正面的亮度可調(diào)的照射光源，以用于測(cè)定動(dòng)態(tài)范圍的臨界值;

　　第二步：架設(shè)待測(cè)攝像機(jī)與灰度測(cè)試卡中心同水平面高度，并保持與灰度測(cè)試卡垂直平面呈90°夾角，同時(shí)使攝像機(jī)鏡頭視角能涵蓋兩套灰度測(cè)試卡;

　　第三步：將攝像機(jī)的輸出信號(hào)連接到視頻監(jiān)視器與波形監(jiān)視器;

　　第四步：在攝像機(jī)加電穩(wěn)定后，開啟擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍功能，將正面的照射光源的亮度調(diào)整到2500Lux。顯然，在這種照度下是曝光過(guò)度的(出廠的標(biāo)準(zhǔn)照度多為2000Lux)，此時(shí)反射灰度卡的白色端條紋可能會(huì)出現(xiàn)層次混合，即有兩條或更多灰度條表現(xiàn)出相同的白色，而分辨不出亮度的差別;

　　第五步：再不斷緩慢降低光源亮度，并不斷從波形監(jiān)視器上觀察與記錄反射灰度測(cè)試卡波形的頂電平。當(dāng)頂電平因?yàn)楣庠凑斩冉档投�開始相應(yīng)降低時(shí)，記錄此時(shí)的照度值(如L1)，這一照度值即為該攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的上限。此時(shí)的攝像機(jī)應(yīng)當(dāng)正好可以表現(xiàn)出亮度較大的白色條紋之間的亮度層次區(qū)別;

　　第六步：然后再不斷繼續(xù)緩慢降低亮度，并不斷從波形監(jiān)視器上觀察與記錄反射灰度測(cè)試卡波形的頂電平。當(dāng)頂電平不再因?yàn)楣庠凑斩冉档投�繼續(xù)相應(yīng)降低時(shí)，記錄此時(shí)的照度值(如L2)，這一照度值即為該攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的下限。此時(shí)攝像機(jī)拍攝的灰度卡圖像中在亮度暗的兩個(gè)灰黑色條紋之間的亮度層次區(qū)別應(yīng)當(dāng)正好消失而混合成一塊黑色。

　　3、測(cè)試結(jié)果計(jì)算

　　用上述實(shí)際測(cè)試方法計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍的公式如下：

　　動(dòng)態(tài)范圍=20logL1/L2(dB)???(2)

　　用上述測(cè)試方法測(cè)得日本JVC公司的CCD寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)TK-WD310EC的頂電平變化自2200Lux開始至1.1Lux結(jié)束，由上式可得：

　　動(dòng)態(tài)范圍=20log2200/1.1=66dB

　　用上述測(cè)試方法測(cè)得某公司的CCD寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的頂電平變化自1500Lux開始至5Lux結(jié)束的動(dòng)態(tài)范圍為：

　　動(dòng)態(tài)范圍=20log1500/5=49dB

　　結(jié)束語(yǔ)

　　由上可知，在安防監(jiān)控領(lǐng)域，CCD寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是采用特殊DSP電路，對(duì)明亮部分進(jìn)行最合適的快門速度曝光，然后再對(duì)暗的部分用最合適的快門速度曝光，之后將兩個(gè)圖像進(jìn)行DSP處理重新組合，使明亮的部分和暗的部分可以看得清楚。但無(wú)論怎樣，經(jīng)過(guò)這樣處理后的圖像會(huì)失去其原有的色彩效果，這也是當(dāng)前寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)面臨的最大問(wèn)題。常用的兩次取樣方式，CCD的動(dòng)態(tài)范圍最大只能到54dB。顯然，以多次取樣方式為最好，如日本JVC公司的CCD寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)TK-WD310EC的動(dòng)態(tài)范圍就可達(dá)到66dB。