浅谈宽动态摄像机技术的发展 - 安防知识网

随着安防行业的不断发展，摄像机的各项技术得到不同程度的突破，从而得到了多种更新换代的产品。从最初开始的黑白摄像机到现在广泛所使用的彩色摄像机，从最初的单一种类摄像机发展到现在多品种、多功能摄像机，从最初的低线摄像机到现在的超高清晰度摄像机，摄像机技术不断发展，使得用户可根据实际环境与不同需求来选择摄像机。

一、概述

　　随着用户对摄像机图像效果要求的不断提高，在明暗反差过大的场景中，如大厅、门口等光线差别比较大的场所，传统摄像机只能依靠背光补偿(BLC)功能来处理。当背光补偿功能打开的时候，背景图像会出现曝光过足，图像发白、失真;当背光补偿功能关闭的时候，前景图像因为曝光不足而成为黑色。许多摄像机生产厂家为了解决这些问题，相应地对背光补偿(BLC)采用了一些增强技术，但也仅是对局部图像进行处理，无法得到理想的全局图像。因此必须有一种具有新技术的摄像机，来满足逆光环境下对摄像机的要求。因此宽动态技术摄像机应运而生，逐渐成为各大摄像机生产厂商的目标和关注的焦点。

　　二、宽动态技术

　　目前宽动态技术摄像机方案基本上主要有三种：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技术的第一代超动态技术摄像机，到今天为止，宽动态技术已发展到第三代。全球各大主要摄像机生产商也都相应推出了带有超宽动态技术的摄像机。虽然在实现宽动态上各家的做法方式多种多样，但CCD实现宽动态的道理基本一致。这一类型的摄像机采用了专用的DSP电路，首先对明亮的被摄物体用最适合的快门速度进行曝光，然后，再对暗的被摄物体用最适合的快门速度进行曝光，最后将这两个图像用DSP数字信号处理，将捕捉到的两幅图像重新组和在一张可视图像上。扩大了可能处理的动态范围，使得明亮的被摄物体和暗的被摄物体都可以看得很清楚。但经过这样处理后的图像会失去其原有的色彩效果，这也是当前宽动态摄像机面临的最大问题。

　　美国Pixim公司在斯坦福大学20世纪90年代技术发展基础上研发了一种新型的图像拾取系统——DPS，此系统可以通过其超强的宽动态功能来获得高质量的图片。宽动态功能划时代地提升了一副图像中亮和暗区域的影像拍摄效果，可以达到比CCD更真实、更清晰的图像。在动态范围上，DPS采用的单一象素曝光和ARM7控制技术，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。从数值上来说，采用DPS技术的景阳宽动态摄像机的典型动态范围可到达101dB，最高可至120dB。在扩大动态范围的同时，DPS也解决了CCD传感器在处理动态范围和色彩真实性上的不足，其色彩还原性更加真实，完全能够满足不同条件下不同客户的要求。使用这种技术的摄像机在数字图像传感器里每一个象素中都使用了一个模拟数字转换器(ADC)，在捕捉到光信号时直接转化为数字信号，最大程度上降低了信号在排列中的衰减和干扰。

　　三、宽动态摄像机主要技术指标

　　1、宽动态范围

　　广义上的“动态范围”是指某一变化的事物可能改变的跨度，即其变化值的最低端极点到最高端极点之间的区域，此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。这是一个应用非常广泛的概念，在谈及摄像机产品的拍摄图像指标时，一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度(反差)及色温(反差)的变化范围。[nextpage]

　　宽动态范围是图像能分辨最亮的亮度信号值与能分辨的最暗的亮光信号值的比值。衡量宽动态范围的表现方式以“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，某些厂家如果宽动态摄像机是54 dB，V2/V1=160倍。景阳宽动态摄像机典型动态范围101 dB，最大宽动态范围120dB。

　　2、清晰度

　　为了达到对物体细节部分的监控，宽动态摄像机水平清晰度应在480线以上，目前许多厂家宽动态摄像机水平分辨率大多为480线或540线。景阳宽动态摄像机水平分辨率540线，垂直分辨率460线，满足了用户对清晰度的要求。

　　3、最低照度

　　在大厅、门口、或室内窗口光线环境不好的情况下，要对物体进行细微监视，必须要求宽动态摄像机具有优异的低照性能。有些厂家宽动态摄像机在光线环境不好的情况下，图像噪点大，在夜间环境下图像效果较差，无法得到高质量的图像。

　　4、色彩还原性

　　许多厂家在处理宽动态效果时，需对明亮区域及阴影区域分别进行曝光处理，图像往往会失去原来的色彩，从而导致图像颜色不真实。在取得理想的宽动态效果的同时，图像的色彩还原性同样是厂家以后需要考虑并解决的问题。

　　四、总结

　　不同厂家宽动态摄像机的虽然弥补了普通摄像机在强光、逆光环境下成像的缺点，但同时也存在不足。在宽动态摄像机在得到出高质量的图像的同时，图像色彩及低照环境下图像效果均不太理想，这是目前各生产宽动态摄像机厂家迫切要解决的技术问题。随着摄像机技术的不断提升，这些困扰厂家的问题也将会迎刃而解。