主頁（http://www.by236.com）：4種CCD寬動態(tài)攝像機的性能比較(2)

　　其次，通過所設(shè)計的模擬電路或利用DSP中特有的圖像處理算法，對圖像中的不同亮度層次進行取樣，并將接近的層次劃分成若干等級，其劃分的等級數(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，同時逐漸提高低亮度層次間的灰階關(guān)系，以達到擴展低亮度區(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，從而間接地擴展了圖像亮度的動態(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而進行單次曝光的輸出灰階比率修正方式。

　　4種擴展CCD攝像機動態(tài)范圍的性能比較

　　4種擴展CCD攝像機動態(tài)范圍的性能比較如下表所示。

　　4種擴展CCD攝像機動態(tài)范圍的性能比較表

　　對數(shù)壓縮放大方式會改變圖像的色彩及信噪比，對圖像有一定的劣化作用，因而需對其后續(xù)圖像信號處理電路進行復(fù)雜的設(shè)計。由于該技術(shù)復(fù)雜及成本過高，主要用于廣播電視用途的攝像機上，未用于安防監(jiān)控攝像機。

　　輸出信號伽馬值修正方式由于僅改變了輸出信號層次，而沒有真正增加原始信號的層次，因而僅提高了視覺的觀感，實際上攝像機并未感受到真實的層次變化。再加之其成本也過高，所以也主要用于廣播電視用途的攝像機上，而在安防監(jiān)控攝像機領(lǐng)域僅對其簡化，作為一種輔助手段，在攝像機內(nèi)另立菜單調(diào)整。

　　在安防監(jiān)控攝像機的動態(tài)范圍擴展技術(shù)上，實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，其圖像的過渡層次少于多次曝光方式。

　　多次曝光方式由于可對監(jiān)控場景進行多次曝光取樣，使獲得的實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攝像機行業(yè)內(nèi)最好的動態(tài)范圍擴展方法。該技術(shù)僅為日本JVC等5家公司所掌握。

　　攝像機動態(tài)范圍的測試方法

　　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，這里介紹一基本方法。

　　1、測試攝像機動態(tài)范圍所需的設(shè)備及條件

　　測試的設(shè)備：

　　①透射灰度卡與反射灰度卡;

　　②亮度可調(diào)的背光燈箱與亮度可調(diào)的照射光源;

　　③視頻監(jiān)視器與波形監(jiān)視器;

　　④測光表或照度計;

　　⑤標準內(nèi)鏡頭等。

　　測試的條件：需要在暗室內(nèi)進行。

　　2、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兩套雙階灰度測試卡，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兩套灰度測試卡;

　　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2500Lux。顯然，在這種照度下是曝光過度的(出廠的標準照度多為2000Lux)，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試卡波形的頂電平。當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兩個灰黑色條紋之間的亮度層次區(qū)別應(yīng)當正好消失而混合成一塊黑色。

　　3、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)???(2)

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

　　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1500Lux開始至5Lux結(jié)束的動態(tài)范圍為：

　　動態(tài)范圍=20log1500/5=49dB

　　結(jié)束語

　　由上可知，在安防監(jiān)控領(lǐng)域，CCD寬動態(tài)技術(shù)是采用特殊DSP電路，對明亮部分進行最合適的快門速度曝光，然后再對暗的部分用最合適的快門速度曝光，之后將兩個圖像進行DSP處理重新組合，使明亮的部分和暗的部分可以看得清楚。但無論怎樣，經(jīng)過這樣處理后的圖像會失去其原有的色彩效果，這也是當前寬動態(tài)攝像機面臨的最大問題。常用的兩次取樣方式，CCD的動態(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寬動態(tài)攝像機TK-WD310EC的動態(tài)范圍就可達到66dB。