主頁(yè)（http://www.130131.com）：淺談寬動(dòng)態(tài)技術(shù)攝像機(jī)及其發(fā)展

【中國(guó)集群通信網(wǎng)】隨著安防行業(yè)的不斷發(fā)展，攝像機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)得到不同程度的突破，從而得到了多種更新?lián)Q代的產(chǎn)品。從最初開始的黑白攝像機(jī)到現(xiàn)在廣泛所使用的彩色攝像機(jī)，從最初的單一種類攝像機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在多品種、多功能攝像機(jī)，從最初的低線攝像機(jī)到現(xiàn)在的超高清晰度攝像機(jī)。攝像機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，反映了用戶對(duì)攝像機(jī)圖像效果要求的不斷提高。

　　在明暗反差過(guò)大的場(chǎng)景中，如大廳、門口等光線差別比較大的場(chǎng)所，傳統(tǒng)攝像機(jī)只能依靠背光補(bǔ)償(BLC)功能來(lái)處理。當(dāng)背光補(bǔ)償功能打開的時(shí)候，背景圖像會(huì)出現(xiàn)曝光過(guò)度，圖像發(fā)白、失真;當(dāng)背光補(bǔ)償功能關(guān)閉的時(shí)候，前景圖像因?yàn)槠毓獠蛔愣�成為黑色。許多攝像機(jī)生產(chǎn)廠家為了解決這些問(wèn)題，相應(yīng)地對(duì)背光補(bǔ)償(BLC)采用了一些增強(qiáng)技術(shù)，但也僅是對(duì)局部圖像進(jìn)行處理，無(wú)法得到理想的全局圖像。因此必須有一種具有新技術(shù)的攝像機(jī)，來(lái)滿足逆光環(huán)境下對(duì)攝像機(jī)的要求。因此寬動(dòng)態(tài)技術(shù)攝像機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，逐漸成為各大攝像機(jī)生產(chǎn)廠商的目標(biāo)和關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是在非常強(qiáng)烈的對(duì)比下讓攝像機(jī)看到影像的特色而運(yùn)用的一種技術(shù)。當(dāng)在強(qiáng)光源(日光、燈具或反光等)照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對(duì)亮度較低的區(qū)域在圖像中同時(shí)存在時(shí)，攝像機(jī)輸出的圖像會(huì)出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過(guò)度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。攝像機(jī)在同一場(chǎng)景中對(duì)最亮區(qū)域及較暗區(qū)域的表現(xiàn)是存在局限的，這種局限就是通常所講的“動(dòng)態(tài)范圍”。

　　廣義上的“動(dòng)態(tài)范圍”是指某一變化的事物可能改變的跨度，即其變化值的最低端極點(diǎn)到最高端極點(diǎn)之間的區(qū)域，此區(qū)域的描述一般為最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的差值。這是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的概念，在談及攝像機(jī)產(chǎn)品的拍攝圖像指標(biāo)時(shí)，一般的“動(dòng)態(tài)范圍”是指攝像機(jī)對(duì)拍攝場(chǎng)景中景物光照反射的適應(yīng)能力，具體指亮度(反差)及色溫(反差)的變化范圍。

　　寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)比傳統(tǒng)只具有3:1動(dòng)態(tài)范圍的攝像機(jī)超出了幾十倍。自然光線排列成從120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。當(dāng)攝像機(jī)從室內(nèi)看窗戶外面，室內(nèi)照度為100Lux，而外面風(fēng)景的照度可能是10,000Lux,對(duì)比就是10,000/100=100:1。這個(gè)對(duì)比使人眼能很容易地看到，因?yàn)槿搜勰芴幚?000:1的對(duì)比度。然而以傳統(tǒng)的閉路監(jiān)控?cái)z像機(jī)處理它會(huì)有很大的問(wèn)題，傳統(tǒng)攝像機(jī)只有3:1的對(duì)比性能，它只能選擇使用1/60秒的電子快門來(lái)取得室內(nèi)目標(biāo)的正確曝光，但是室外的影像會(huì)被清除掉(全白);或者換種方法，攝像機(jī)選擇1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室內(nèi)的影像會(huì)被清除(全黑)。這是一個(gè)自從攝像機(jī)被發(fā)明以來(lái)就一直長(zhǎng)期存在的缺陷。

　　目前寬動(dòng)態(tài)技術(shù)攝像機(jī)方案基本上主要有三種：松下SDIII , 索尼SS-3方案及DPS方案。松下在1997年推出了基于其SD技術(shù)的第一代超動(dòng)態(tài)技術(shù)攝像機(jī)，到今天為止，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)已發(fā)展到第三代。

　　全球各大主要攝像機(jī)生產(chǎn)商也都相應(yīng)推出了帶有超寬動(dòng)態(tài)技術(shù)的攝像機(jī)。雖然在實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)上各家的做法方式多種多樣，但CCD實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)的道理基本一致。這一類型的攝像機(jī)采用了專用的DSP電路，首先對(duì)明亮的被攝物體用最適合的快門速度進(jìn)行曝光，然后，再對(duì)暗的被攝物體用最適合的快門速度進(jìn)行曝光，最后將這兩個(gè)圖像用DSP數(shù)字信號(hào)處理，將捕捉到的兩幅圖像重新組和在一張可視圖像上。擴(kuò)大了可能處理的動(dòng)態(tài)范圍，使得明亮的被攝物體和暗的被攝物體都可以看得很清楚。但經(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。

　　美國(guó)Pixim公司在斯坦福大學(xué)20世紀(jì)90年代技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上研發(fā)了一種新型的圖像拾取系統(tǒng)——DPS，此系統(tǒng)可以通過(guò)其超強(qiáng)的寬動(dòng)態(tài)功能來(lái)獲得高質(zhì)量的圖片。寬動(dòng)態(tài)功能劃時(shí)代地提升了一副圖像中亮和暗區(qū)域的影像拍攝效果，可以達(dá)到比CCD更真實(shí)、更清晰的圖像。在動(dòng)態(tài)范圍上，DPS采用的單一象素曝光和ARM7控制技術(shù)，相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動(dòng)態(tài)范圍。從數(shù)值上來(lái)說(shuō)，采用DPS技術(shù)的景陽(yáng)寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的典型動(dòng)態(tài)范圍可到達(dá)101dB，最高可至120dB。在擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)，DPS也解決了CCD傳感器在處理動(dòng)態(tài)范圍和色彩真實(shí)性上的不足，其色彩還原性更加真實(shí)，完全能夠滿足不同條件下不同客戶的要求。使用這種技術(shù)的攝像機(jī)在數(shù)字圖像傳感器里每一個(gè)象素中都使用了一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，在捕捉到光信號(hào)時(shí)直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最大程度上降低了信號(hào)在排列中的衰減和干擾。