主頁(yè)（http://www.by236.com）：寬動(dòng)態(tài)技術(shù)讓視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)如虎添翼 【中國(guó)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(dòng)態(tài)攝像機(jī)孕育而生，經(jīng)歷了三代技術(shù)的升級(jí)，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)給社會(huì)帶來(lái)的好處不言而喻，正所謂金無(wú)足赤，人無(wú)完人，所以我們應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)這一技術(shù)的發(fā)展，接下來(lái)跟大家一起分享一下寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的現(xiàn)狀。 寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的技術(shù)、功能介紹 寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是在非常強(qiáng)烈的對(duì)比下讓攝像機(jī)看到影像的特色而運(yùn)用的一種技術(shù)。 當(dāng)在強(qiáng)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(duì)亮度較低的區(qū)域在圖像中同時(shí)存在時(shí)，攝像機(jī)輸出的圖像會(huì)出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過(guò)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(jī)在同一場(chǎng)景中對(duì)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(dòng)態(tài)范圍”。 廣義上的“動(dòng)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(diǎn)到最高端極點(diǎn)之間的區(qū)域，此區(qū)域的描述一般為最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的差值。這是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的概念，在談及攝像機(jī)產(chǎn)品的拍攝圖像指標(biāo)時(shí)，一般的“動(dòng)態(tài)范圍”是指攝像機(jī)對(duì)拍攝場(chǎng)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(dòng)態(tài)攝像機(jī)比傳統(tǒng)只具有3:1動(dòng)態(tài)范圍的攝像機(jī)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(jī)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(duì)比就是10,000/100=100:1。這個(gè)對(duì)比使人眼能很容易地看到，因?yàn)槿搜勰芴幚?000:1的對(duì)比度。然而以傳統(tǒng)的閉路監(jiān)控?cái)z像機(jī)處理它會(huì)有很大的問(wèn)題，傳統(tǒng)攝像機(jī)只有3:1的對(duì)比性能，它只能選擇使用1/60秒的電子快門來(lái)取得室內(nèi)目標(biāo)的正確曝光，但是室外的影像會(huì)被清除掉(全白);或者換種方法，攝像機(jī)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(huì)被清除(全黑)。這是一個(gè)自從攝像機(jī)被發(fā)明以來(lái)就一直長(zhǎng)期存在的缺陷。 寬動(dòng)態(tài)是一項(xiàng)很實(shí)用的技術(shù)，拉近了攝像機(jī)與人眼的距離(讓攝像機(jī)對(duì)畫(huà)面的處理和顯示更加貼近人眼的識(shí)別程度)，讓用戶有了一種更人性化的體驗(yàn)。因?yàn)榻?jīng)過(guò)幾萬(wàn)年的進(jìn)化，人眼的寬動(dòng)態(tài)性能超強(qiáng)，對(duì)于實(shí)際場(chǎng)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(shí)看清。而對(duì)于傳統(tǒng)的攝像機(jī)、鏡頭來(lái)說(shuō)確是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。在一幅畫(huà)面中，如果有較亮的區(qū)域和較暗的區(qū)域同時(shí)存在，比如銀行的大廳，有很大的窗戶，在窗外的光線很強(qiáng)的情況下，就會(huì)造成明暗對(duì)比差異很大的場(chǎng)景，這對(duì)于普通的攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，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(guò)爆，也是一片白，什么都看不見(jiàn)。海康威視產(chǎn)品總監(jiān)應(yīng)群表示，運(yùn)用了寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)后，就能達(dá)到很好的效果，即能同時(shí)兼顧到明亮和昏暗的區(qū)域，都可以看清;這樣的功能對(duì)于銀行、出入口等很多實(shí)際場(chǎng)景的監(jiān)控都有非常直接的幫助，能達(dá)到監(jiān)控的實(shí)際要求。 目前海康威視已經(jīng)推出了基于SONY最新超寬動(dòng)態(tài)CCDSensor的系列攝像機(jī)，能達(dá)到160X的寬動(dòng)態(tài)效果，在亮暗對(duì)比強(qiáng)烈的場(chǎng)景下都能達(dá)到很好的監(jiān)看效果，滿足了實(shí)際使用環(huán)境的要求。 CCD、CMOS攝像機(jī)拓展寬動(dòng)態(tài)范圍的方法 目前，CCD攝像機(jī)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的方法有輸出信號(hào)伽馬修正方法、對(duì)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(shuō)“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(jī)圖像分割合成技術(shù)。其工作過(guò)程如下： 首先利用成像器件CCD對(duì)較暗的景物取得爭(zhēng)取的曝光(如用1/50s快門)，將得到第一幀圖像存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器中。 其次，利用高速數(shù)字信號(hào)處理器DSP對(duì)送來(lái)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(guò)度的區(qū)域(即高亮度區(qū)域)，就要對(duì)其進(jìn)行亮度評(píng)估。 第三，根據(jù)亮度評(píng)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(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器中，如此即同時(shí)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(guò)其中嵌入的特有的圖像處理方法，將兩影像在DPS中高速運(yùn)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(lái)，然后在一幀新的圖像中合成起來(lái)，就可以標(biāo)準(zhǔn)制式實(shí)時(shí)輸出亮暗動(dòng)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(shí)CCD攝像機(jī)可采用1/60秒的速度對(duì)室內(nèi)景物取得正確曝光，再用1/6000秒對(duì)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(jī)并不具有這種雙曝光的功能，這是因?yàn)橐话愕耐ㄓ秒娐沸酒荒軐?shí)現(xiàn)這樣高速運(yùn)算，而高速DSP，就具有200K個(gè)高速運(yùn)算門電路的運(yùn)算速度，同事解決了雙曝光的兩圖像的分別記憶儲(chǔ)存，緊接著即可合成計(jì)算的功能，合成處理后再按標(biāo)準(zhǔn)制式實(shí)時(shí)輸出視頻圖像信號(hào)。 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(guò)度范圍的整體評(píng)估，再對(duì)圖像進(jìn)行三次中間層次的曝光，這樣就得到三幀針對(duì)過(guò)度范圍內(nèi)亮度不同的曝光圖像。然后通過(guò)特有的圖像識(shí)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(lái)，再在一幀新的圖像中合成起來(lái)，就會(huì)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(dòng)態(tài)CCD攝像機(jī)與傳統(tǒng)CCD攝像機(jī)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(dòng)態(tài)攝像機(jī)，寬動(dòng)態(tài)范圍也達(dá)到了160倍，或說(shuō)54db。而采用五次采樣方式，CCD寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍最多也只能達(dá)到66db。而現(xiàn)在已推出的CMOS寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)，其寬動(dòng)態(tài)范圍已能達(dá)到120db。 CMOS寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的方法有：雙斜率輸出模式、對(duì)數(shù)輸出模式、伽馬校正輸出模式、線性-對(duì)數(shù)輸出模式與CMOS-DSP數(shù)字像素式等。下面就簡(jiǎn)要的介紹一下CMOS-DSP數(shù)字像素式的CMOS攝像機(jī)擴(kuò)展范圍的原理。 CMOS-DSP是繼CMOS-PPS與CMOS-APS之后的第三代CMOS寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)。 所謂DSP，即數(shù)字像素系統(tǒng)，CMOS-DPS攝像機(jī)就是數(shù)字像素系統(tǒng)的攝像機(jī)。傳統(tǒng)的CCD和CMOS攝像機(jī)傳感器都是為每一列或每一行像素點(diǎn)配備一個(gè)模擬轉(zhuǎn)換器(A/D)，每個(gè)像素點(diǎn)的輸出都是模擬光信號(hào)，存在著噪聲大和輸出時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。而DSP是在圖像傳感器的每一個(gè)像素點(diǎn)上包含了一個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器，即在CMOS攝像機(jī)圖像傳感器上的有源像素捕捉到光信號(hào)時(shí)，直接將其放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而可將陣列上的信號(hào)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(hào)處理技術(shù)來(lái)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(gè)像素，使每個(gè)像素獨(dú)立完成采樣和曝光，并直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，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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