主頁（http://www.130131.com）：寬動態(tài)技術(shù)讓視頻監(jiān)控攝像機如虎添翼 【中國集群通信網(wǎng)】在技術(shù)發(fā)展和用戶的需求的催生下，寬動態(tài)攝像機孕育而生，經(jīng)歷了三代技術(shù)的升級，寬動態(tài)技術(shù)給社會帶來的好處不言而喻，正所謂金無足赤，人無完人，所以我們應(yīng)該正確認(rèn)識這一技術(shù)的發(fā)展，接下來跟大家一起分享一下寬動態(tài)攝像機的現(xiàn)狀。 寬動態(tài)攝像機的技術(shù)、功能介紹 寬動態(tài)技術(shù)是在非常強烈的對比下讓攝像機看到影像的特色而運用的一種技術(shù)。 當(dāng)在強光源(日光、燈具或反光等)照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對亮度較低的區(qū)域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度成為白色，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。攝像機在同一場景中對最亮區(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“動態(tài)范圍”。 廣義上的“動態(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到最高端極點之間的區(qū)域，此區(qū)域的描述一般為最高點與最低點之間的差值。這是一個應(yīng)用非常廣泛的概念，在談及攝像機產(chǎn)品的拍攝圖像指標(biāo)時，一般的“動態(tài)范圍”是指攝像機對拍攝場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。 寬動態(tài)攝像機比傳統(tǒng)只具有3:1動態(tài)范圍的攝像機超出了幾十倍。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,對比就是10,000/100=100:1。這個對比使人眼能很容易地看到，因為人眼能處理1000:1的對比度。然而以傳統(tǒng)的閉路監(jiān)控攝像機處理它會有很大的問題，傳統(tǒng)攝像機只有3:1的對比性能，它只能選擇使用1/60秒的電子快門來取得室內(nèi)目標(biāo)的正確曝光，但是室外的影像會被清除掉(全白);或者換種方法，攝像機選擇1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室內(nèi)的影像會被清除(全黑)。這是一個自從攝像機被發(fā)明以來就一直長期存在的缺陷。 寬動態(tài)是一項很實用的技術(shù)，拉近了攝像機與人眼的距離(讓攝像機對畫面的處理和顯示更加貼近人眼的識別程度)，讓用戶有了一種更人性化的體驗。因為經(jīng)過幾萬年的進(jìn)化，人眼的寬動態(tài)性能超強，對于實際場景中和各種光線下的區(qū)域，如較暗的區(qū)域和較亮的區(qū)域都能同時看清。而對于傳統(tǒng)的攝像機、鏡頭來說確是一個很大的挑戰(zhàn)。在一幅畫面中，如果有較亮的區(qū)域和較暗的區(qū)域同時存在，比如銀行的大廳，有很大的窗戶，在窗外的光線很強的情況下，就會造成明暗對比差異很大的場景，這對于普通的攝像機來說，要看清亮的部分，則暗的區(qū)域就是全黑的，而要看清暗的區(qū)域，則亮的區(qū)域就過爆，也是一片白，什么都看不見。�？低暜a(chǎn)品總監(jiān)應(yīng)群表示，運用了寬動態(tài)攝像機后，就能達(dá)到很好的效果，即能同時兼顧到明亮和昏暗的區(qū)域，都可以看清;這樣的功能對于銀行、出入口等很多實際場景的監(jiān)控都有非常直接的幫助，能達(dá)到監(jiān)控的實際要求。 目前海康威視已經(jīng)推出了基于SONY最新超寬動態(tài)CCDSensor的系列攝像機，能達(dá)到160X的寬動態(tài)效果，在亮暗對比強烈的場景下都能達(dá)到很好的監(jiān)看效果，滿足了實際使用環(huán)境的要求。 CCD、CMOS攝像機拓展寬動態(tài)范圍的方法 目前，CCD攝像機擴展動態(tài)范圍的方法有輸出信號伽馬修正方法、對數(shù)壓縮放大方法、單幀圖像兩次取樣方法、單幀圖像多次取樣方法四種。在安防監(jiān)控領(lǐng)域中，一般多采用單幀圖像兩次或五次取樣方法，尤其多用兩次曝光取樣的方法。下面介紹一下這種曝光取樣方法的原理。 所謂“單幀圖像兩次取樣方法”或說“兩次合成電子快門”。其典型特征是基于中速感光器件及高速DSP的兩次取樣曝光機圖像分割合成技術(shù)。其工作過程如下： 首先利用成像器件CCD對較暗的景物取得爭取的曝光(如用1/50s快門)，將得到第一幀圖像存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中。 其次，利用高速數(shù)字信號處理器DSP對送來的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖像中較暗的部分曝光正常，而有部分曝光過度的區(qū)域(即高亮度區(qū)域)，就要對其進(jìn)行亮度評估。 第三，根據(jù)亮度評估結(jié)果，再采用高速快門進(jìn)行曝光(如1/2000s快門)，并將第2次拍攝的圖像也存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中，如此即同時取得兩張明暗兩區(qū)均為正確的影像。 最后，再利用高速DSP并通過其中嵌入的特有的圖像處理方法，將兩影像在DPS中高速運算相加，即可兩幅圖像中亮度適當(dāng)?shù)牟糠址謩e切割下來，然后在一幀新的圖像中合成起來，就可以標(biāo)準(zhǔn)制式實時輸出亮暗動態(tài)范圍很寬的圖像，例如：室內(nèi)人物照度為10Lux，而室外景物為1000Lux，此時CCD攝像機可采用1/60秒的速度對室內(nèi)景物取得正確曝光，再用1/6000秒對室外的景物取得正確的曝光，然后將兩張圖像結(jié)合即成為比較完美的圖像。 但是，一般CCD攝像機并不具有這種雙曝光的功能，這是因為一般的通用電路芯片不能實現(xiàn)這樣高速運算，而高速DSP，就具有200K個高速運算門電路的運算速度，同事解決了雙曝光的兩圖像的分別記憶儲存，緊接著即可合成計算的功能，合成處理后再按標(biāo)準(zhǔn)制式實時輸出視頻圖像信號。 顯然，如果再根據(jù)圖像的最暗區(qū)域至最亮區(qū)域的中間過度范圍的整體評估，再對圖像進(jìn)行三次中間層次的曝光，這樣就得到三幀針對過度范圍內(nèi)亮度不同的曝光圖像。然后通過特有的圖像識別算法，將上述5幅圖像當(dāng)中亮度適當(dāng)?shù)牟糠址謩e切割下來，再在一幀新的圖像中合成起來，就會完成并最終輸出比僅有2次曝光取樣更加滿意的圖像。 盡管款動態(tài)CCD攝像機與傳統(tǒng)CCD攝像機相比，在技術(shù)上有了一次突破，現(xiàn)在已發(fā)展到第三代CCD寬動態(tài)攝像機，寬動態(tài)范圍也達(dá)到了160倍，或說54db。而采用五次采樣方式，CCD寬動態(tài)攝像機的動態(tài)范圍最多也只能達(dá)到66db。而現(xiàn)在已推出的CMOS寬動態(tài)攝像機，其寬動態(tài)范圍已能達(dá)到120db。 CMOS寬動態(tài)攝像機擴展動態(tài)范圍的方法有：雙斜率輸出模式、對數(shù)輸出模式、伽馬校正輸出模式、線性-對數(shù)輸出模式與CMOS-DSP數(shù)字像素式等。下面就簡要的介紹一下CMOS-DSP數(shù)字像素式的CMOS攝像機擴展范圍的原理。 CMOS-DSP是繼CMOS-PPS與CMOS-APS之后的第三代CMOS寬動態(tài)攝像機。 所謂DSP，即數(shù)字像素系統(tǒng)，CMOS-DPS攝像機就是數(shù)字像素系統(tǒng)的攝像機。傳統(tǒng)的CCD和CMOS攝像機傳感器都是為每一列或每一行像素點配備一個模擬轉(zhuǎn)換器(A/D)，每個像素點的輸出都是模擬光信號，存在著噪聲大和輸出時間長等缺點。而DSP是在圖像傳感器的每一個像素點上包含了一個10位A/D轉(zhuǎn)換器，即在CMOS攝像機圖像傳感器上的有源像素捕捉到光信號時，直接將其放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而可將陣列上的信號退化和串?dāng)_降到最小，并允許采用更好的降噪辦法，一旦數(shù)據(jù)以數(shù)字格式捕獲，就可以采用各種數(shù)字信號處理技術(shù)來真正重現(xiàn)圖像。顯然，DSP技術(shù)中的圖像傳感器和圖像處理器是全數(shù)字式的，并采用32位ARMCPU精確控制每個像素，使每個像素獨立完成采樣和曝光，并直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，是目前市面上唯一的，真正的全數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。
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