主頁（http://www.by236.com）：淺談寬動態技術攝像機及其發展

【中國集群通信網】隨著安防行業的不斷發展，攝像機的各項技術得到不同程度的突破，從而得到了多種更新換代的產品。從最初開始的黑白攝像機到現在廣泛所使用的彩色攝像機，從最初的單一種類攝像機發展到現在多品種、多功能攝像機，從最初的低線攝像機到現在的超高清晰度攝像機。攝像機技術不斷發展，反映了用戶對攝像機圖像效果要求的不斷提高。

　　在明暗反差過大的場景中，如大廳、門口等光線差別比較大的場所，傳統攝像機只能依靠背光補償(BLC)功能來處理。當背光補償功能打開的時候，背景圖像會出現曝光過度，圖像發白、失真;當背光補償功能關閉的時候，前景圖像因為曝光不足而成為黑色。許多攝像機生產廠家為了解決這些問題，相應地對背光補償(BLC)采用了一些增強技術，但也僅是對局部圖像進行處理，無法得到理想的全局圖像。因此必須有一種具有新技術的攝像機，來滿足逆光環境下對攝像機的要求。因此寬動態技術攝像機應運而生，逐漸成為各大攝像機生產廠商的目標和關注的焦點。

　　寬動態技術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。當在強光源(日光、燈具或反光等)照射下的高亮度區域及陰影、逆光等相對亮度較低的區域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現明亮區域因曝光過度成為白色，而黑暗區域因曝光不足成為黑色，嚴重影響圖像質量。攝像機在同一場景中對最亮區域及較暗區域的表現是存在局限的，這種局限就是通常所講的“動態范圍”。

　　廣義上的“動態范圍”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域，此區域的描述一般為最高點與最低點之間的差值。這是一個應用非常廣泛的概念，在談及攝像機產品的拍攝圖像指標時，一般的“動態范圍”是指攝像機對拍攝場景中景物光照反射的適應能力，具體指亮度(反差)及色溫(反差)的變化范圍。

　　寬動態攝像機比傳統只具有3:1動態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。當攝像機從室內看窗戶外面，室內照度為100Lux，而外面風景的照度可能是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。然而以傳統的閉路監控攝像機處理它會有很大的問題，傳統攝像機只有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目標的正確曝光，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，但是室內的影像會被清除(全黑)。這是一個自從攝像機被發明以來就一直長期存在的缺陷。

　　目前寬動態技術攝像機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技術的第一代超動態技術攝像機，到今天為止，寬動態技術已發展到第三代。

　　全球各大主要攝像機生產商也都相應推出了帶有超寬動態技術的攝像機。雖然在實現寬動態上各家的做法方式多種多樣，但CCD實現寬動態的道理基本一致。這一類型的攝像機采用了專用的DSP電路，首先對明亮的被攝物體用最適合的快門速度進行曝光，然后，再對暗的被攝物體用最適合的快門速度進行曝光，最后將這兩個圖像用DSP數字信號處理，將捕捉到的兩幅圖像重新組和在一張可視圖像上。擴大了可能處理的動態范圍，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，這也是當前寬動態攝像機面臨的最大問題。

　　美國Pixim公司在斯坦福大學20世紀90年代技術發展基礎上研發了一種新型的圖像拾取系統——DPS，此系統可以通過其超強的寬動態功能來獲得高質量的圖片。寬動態功能劃時代地提升了一副圖像中亮和暗區域的影像拍攝效果，可以達到比CCD更真實、更清晰的圖像。在動態范圍上，DPS采用的單一象素曝光和ARM7控制技術，相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動態范圍。從數值上來說，采用DPS技術的景陽寬動態攝像機的典型動態范圍可到達101dB，最高可至120dB。在擴大動態范圍的同時，DPS也解決了CCD傳感器在處理動態范圍和色彩真實性上的不足，其色彩還原性更加真實，完全能夠滿足不同條件下不同客戶的要求。使用這種技術的攝像機在數字圖像傳感器里每一個象素中都使用了一個模擬數字轉換器(ADC)，在捕捉到光信號時直接轉化為數字信號，最大程度上降低了信號在排列中的衰減和干擾。