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对比强烈 宽动态摄像机的技术发展方向

  动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。当在强光源(日光、灯具或反光等)照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时,摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色,而黑暗区域因曝光不足成为黑色,严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的,这种局限就是通常所讲的“动态范围”。
  
  在一些明暗反差过大的场合,一般的摄像机由于CCD的感光特性所限制,摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。针对这种情况,宽动态技术应运而生,较好地解决了这一问题。而在此之前,传统的摄像机一般会采取背光补偿功能来适应光线反差大的场合。
  
  常规摄像机视场中的物体在亮度较高的背景光时,需要看门口或窗外的物体,通常采用中央背光补偿(BLC)模式,它主要是靠提升视场中央部分的亮度、降低视场四周部分的亮度来达到看清位于中央位置内物体的目的。
  
  背光补偿,也称为逆光补偿,是把画面分成几个不同的区域,每个区域分别曝光。在某些应用场合,视场中可能包含一个很亮的区域,而被包含的主体则处于亮场的包围之中,画面一片昏暗,无层次。此时由于AGC检测到的信号电平并不低,因此放大器的增益很低,不能改进画面主体的明暗度,当引入逆光补偿时,摄像机仅对整个视场的一个子区域进行检测,通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低,AGC放大器会有较高的增益,使输出信号的幅值提高,从而使监视器上的主体画明朗,大大降低背景画面与主体画面的主观亮度差,整个视场的可视性得到改善。逆光补偿虽然改善了拍摄主体的亮度,但是图像质量或多或少会劣化下降。
  
  而宽动态这一技术是同一时间曝光两次,一次快,一次慢,再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体。虽然二者都是为了克服在强背光环境条件下,看清目标而采取的措施,但背光补偿是以牺牲画面的对比度为代价的,所以从某种意义上说,宽动态技术是背光补偿的升级。
  
  因为天然光线的排列是从120000Lux到星光夜里的0.00035Lux,室内照度为100Lux,而外面风景的照度可能是10000Lux,因此当摄像机从室内看窗户外面,两者对比就是10000/100=100∶1。这个对比人眼能很轻易地看到,由于人眼能处理1000∶1的对比度,但传统的安防监控摄像机则不行,它只有3∶1的对比机能。
  
  因此,在泛起明暗反差较大或逆光的场景应用安防监控摄像机时,会使整个图像中明亮的区域曝光过度、较暗的区域曝光不足,而看不清图像最亮与最暗部门。如在银行储蓄所、重要场所出进口等。由于从窗外射入的强光和从天花板上的荧光灯照射的柔和光线都可能对当时室内外景象的捕捉造成难题,不能同时将反差很大的室内外场景清楚地拍摄下来。
  
  其所拍摄图像会泛起背景过亮远景过暗,或背景清楚远景过暗及远景适合背景过亮的情况。最早的解决方法,一般会采用背光补偿技术或在室内外架设两台摄像机来适应较大的光线反差,但效果不理想。扩展动态范围的技术随之应运而生,即现今所说的宽动态WDR技术。
  
  宽动态的表现方式以“倍数”或“dB”来表示,在以100IRE为标准时,换算公式:N dB=20log(V2/V1)。普通摄像机(称V1)的宽动态值为10dB,如宽动态为48 dB,与普通摄像机之间的差为38 dB,V2/V1=80,说明与普通摄像机宽动态差为80倍,松下第三代宽动态摄像机是54 dB,V2/V1=160倍。池上ISD-A10摄像机典型动态范围95 dB,V2/V1=17782倍,最大宽动态范围120dB,V2/V1=316227倍。从“倍数”上看,采用Pixim DPS技术的摄像机,宽动态范围要比CCD宽动态范围有极大的提高。
  
  宽动态摄像机摄像机的最低照度是指当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号幅值下降为标准幅值700mV的50%--33%(视频标称值为1V,标准值为700mV):另一种最低照度为CCD上的光照度,也即是CCD的感光度。CCD的光照度值远低于摄像机的最低照度值,很多不法商人就将CCD的最低照度值标称为摄像机的最低照度值,以蒙骗不知情者,这一点尤其体现在国内的一些OEM产品以及一些杂牌、低端摄像机产品上。
  
  CCD宽动态技术是采用特殊DSP电路,对明亮区域进行最合适的快门速度曝光,其后再对暗的部门用最合适的快门速度曝光,然后将两个图像进行DSP处理重新组合,使明亮的部门和黑暗的部门皆可看清。这种160倍动态范围技术虽具有大的宽动态,实现图像灰度的优化等长处,但其对DSP机能要求很高。目前,因为CCD的特性限制,即便采用多次曝光取样方式,摄像机的宽动态范围也只能到66dB。
  
  显然,因为CCD的感光特性限制,在技术上很难再有重大突破,而CMOS摄像机因为其图像传感器本身的优异机能,或有凸起的表现。如一般的线性输出模式的动态范围就可达40~60dB;
  
  因此可预见,未来的监控摄像机属于宽动态摄像机,而宽动态技术则属于CMOS。
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