主頁（http://www.130131.com）：監(jiān)控攝像機動態(tài)范圍的幾種測試方法(2) 動態(tài)范圍 = Usat /UNp-p (1) (1)式中，Usat為輸出飽和電壓;UNP-P為噪聲的峰-峰值。 顯然，動態(tài)范圍也可這樣來定義和計算，即由CCD勢阱中可存貯的最大電荷量和噪聲所決定的電荷量之比;其數(shù)值也是輸出端的信號峰值電壓與均方根噪聲電壓之比(通常用dB表示)，即 動態(tài)范圍 = USp-p /UNp-p (2)式(2)USp-p為輸出信號峰值電壓。 因此，寬動態(tài)就是場景中特別亮的部位和特別暗的部位同時都能看得特別清楚，寬動態(tài)范圍就是圖像能分辨最亮的亮度信號值與能分辨的最暗的亮光信號值的比值。 顯然，確定攝像機成像器的動態(tài)范圍的方法主要有兩種：一種是使用傳感器和圖像處理器中基本電路的相關(guān)信息由上述公式計算得出;另一種是使用灰階測試卡和實驗儀器來收集和觀察圖像，并測量影像級別的方法得出。盡管采用計算的方法可在理論上算出動態(tài)范圍的極限值，但通常人們還是傾向于使用測量的方法，因為它能反映用戶對攝像機成像效果的實際體驗。下面就具體介紹國外三大廠家對攝像機動態(tài)范圍的實際測試方法。 JVC的動態(tài)范圍測試方法 對攝像機動態(tài)范圍的測試方法可能不盡相同，但其測試原理大同小異，這里介紹JVC的一種基本測試方法如下： 測試攝像機動態(tài)范圍所需的設(shè)備及條件 測試攝像機動態(tài)范圍所需要的設(shè)備如下5點： · 透射灰度卡與反射灰度卡; · 亮度可調(diào)的背光燈箱與亮度可調(diào)的照射光源; · 視頻監(jiān)視器與波形監(jiān)視器; · 測光表或照度計; · 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)鏡頭等。 測試攝像機動態(tài)范圍的條件：需要在暗室內(nèi)進行。 測試攝像機動態(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2套雙階灰度測試卡，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白塊表面的發(fā)散照度為2500Lx;另外1套反射灰度卡采用位于其正面的亮度可調(diào)的照射光源，以用于測定動態(tài)范圍的臨界值; ·第二步：架設(shè)待測攝像機與灰度測試卡中心同水平面高度，并保持與灰度測試卡垂直平面呈90°夾角，同時使攝像機鏡頭視角能涵蓋2套灰度測試卡; ·第三步：將攝像機的輸出信號連接到視頻監(jiān)視器與波形監(jiān)視器; ·第四步：在攝像機加電穩(wěn)定后，開啟擴展動態(tài)范圍功能，將正面的照射光源的亮度調(diào)整到2500Lx。顯然，在這種照度下是曝光過度的(出廠的標(biāo)準(zhǔn)照度多為2000Lx)，此時反射灰度卡的白色端條紋可能會出現(xiàn)層次混合，即有2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試卡波形的頂電平。當(dāng)頂電平因為光源照度降低而開始相應(yīng)降低時，記錄此時的照度值(如L1)，這一照度值即為該攝像機動態(tài)范圍的上限。此時的攝像機應(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試卡波形的頂電平。當(dāng)頂電平不再因為光源照度降低而繼續(xù)相應(yīng)降低時，記錄此時的照度值(如L2)，這一照度值即為該攝像機動態(tài)范圍的下限。此時攝像機拍攝的灰度卡圖像中在亮度暗的2個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。 測試結(jié)果計算 用上述實際測試方法計算動態(tài)范圍的公式如下： 動態(tài)范圍=20logL1/L2 (dB) (3)用上述測試方法測得JVC的CCD寬動態(tài)攝像機TK-WD310EC的頂電平變化自2200Lx開始至1.1Lx結(jié)束，由式(2)可得 動態(tài)范圍=20log2200/1.1=66dB 用上述測試方法測得某公司的CCD寬動態(tài)攝像機的頂電平變化自1500Lx開始至5Lx結(jié)束的動態(tài)范圍為 動態(tài)范圍=20log1500/5=49dB JEITA的動態(tài)范圍測試方法 JEITA是日本電子資訊技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會的簡稱，其對攝像機動態(tài)范圍的測量方法也是采用灰階測試卡。實際上，是否能夠準(zhǔn)確確定動態(tài)范圍，一個重要的限制因素是灰階測試卡是否能夠有效測出動態(tài)范圍的全部取值。比如 Kodak Q-14 測試卡，相鄰灰階格的刻度差是1/3光圈級數(shù) (f-stop)，最多只能測量出5.66檔或大約34分貝的動態(tài)范圍。 使用 JEITA 方法測量動態(tài)范圍和動態(tài)范圍擴展比率時，灰階測試卡的 gamma值指定為2.2，總共有十個灰階級別，能夠測出的動態(tài)范圍與Q-14灰階測試卡基本相同。按照這種方法的規(guī)格說明書所述，將兩張灰階測試卡并排放置，二者中間以屏幕相隔。再用兩臺不同的照明光源分別照射屏幕兩側(cè)的測試卡，如圖2所示。 圖2 JEITA 動態(tài)范圍擴展比率測量裝置 JEITA 方法中規(guī)定，對測試卡較亮的一端不斷增加照明強度或增大光圈，直到剛好可以區(qū)分出最亮的兩個灰階級別，然后對測試卡較暗的一端不斷減小照明強度直到最亮的灰階級別(白色)達到 50 IRE。用前述測試法中的公式(3)即可計算動態(tài)范圍的擴展比率(dB)，即 動態(tài)范圍擴展比率(dB)=20log(L3/L4) 這種方法雖然算出了動態(tài)范圍擴展值，但它完全忽略了成像器捕捉中間色調(diào)的能力。JEITA 方法并沒有克服兩次曝光CCD傳感器的主要缺陷，因為該方法只關(guān)注于對較高和較低色調(diào)范圍以內(nèi)的不同灰階值的區(qū)分。 JEITA 方法的缺陷是：所有的測試裝置都沒有明確指定;沒有指明怎樣放置照明設(shè)備，使用何種類型的光線，甚至沒有說明如何準(zhǔn)確衡量照明強度。這就意味著，實驗裝置和測量條件的變化都會影響最終的測量結(jié)果。值得注意的是，JEITA方法測量的是動態(tài)范圍擴展值，而不是總體的測量范圍，因為該方法并未指明如何確定基準(zhǔn)動態(tài)范圍或總體動態(tài)范圍。 Pixim的動態(tài)范圍測量方法 為了消除上面的缺陷，讓測量實驗具有可重復(fù)性，使得在測量過程中可以對所有色調(diào)級別同時進行觀察和比較，Pixim使用一套定制的儀器裝置來測量動態(tài)范圍。該套裝置包含一個燈箱，它使用700瓦的白熾燈光對透光步進卡進行背光投射。測量使用的步進式光楔均由Sine Patterns LLC公司生產(chǎn)，兩個光楔重疊在一起最高可測量ND值為0.1到6.1或大約120分貝的密度范圍。
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