汉邦高科·摄像机那些事儿之宽动态 - 安防知识网

　随着视频监控应用的日益广泛，人们对于摄像机的要求也日益提高。然而，摄像机的工作原理与成像效果与人眼相比毕竟不同，即便是处在同一环境中，通过视频监控看到的画面与人眼看到的画面往往存在差异，尤其是光线强弱反差较大的场景，摄像机往往效果不理想。为了解决这个问题，宽动态技术应运而生。今天，我们就来谈谈宽动态那些事儿。

　　宽动态的定义

　　所谓宽动态，顾名思义，指的是宽的动态范围(WDR: Wide Dynamic Range)，有的又称为高动态(HDR: High Dynamic Range )。要理解这个概念，首先要明确什么是动态范围。

　　在摄像机应用领域，动态范围一词包含两层含义：

　　一、指摄像机适应景物照度变化的能力。这是时间域的概念，是指摄像机在不同时间(不同场景)下能采集到的图像的最大照度范围。用可以适应的最高照度和最低照度的比值来表示。

　　二、指摄像机对同一个场景(同一幅图像)可以适应其照度差别的能力。这是空间域的概念。就是说：对一幅图像而言，最明亮部分和最暗淡部分的照度的变化范围。

　　在“宽动态”一词中，涉及到的动态范围主要是指第二层含义，空间域概念。

　　因此，我们可以这样来表述“宽动态”一词：

　　宽动态，强调的是摄像机在空间域中适应照度反差(变化范围)的能力，要求能同时表现出一幅图像中高度照度部分和低照度部分的细节。

　　常规摄像机效果宽动态摄像机效果

　　宽动态的量测指标

　　我们在摄像机的技术参数中常常看到，对宽动态的描述一般是“XXdB”，这里的dB就是动态范围的单位，其计算方式如下：

　　这里的指的是画面中的最高亮度，指画面中的最低亮度。

　　据此，我们可以知道：80dB表示画面中最亮与最暗的亮度比值为10000:1，以此类推，所谓的120dB超宽动态表示画面中最亮与最暗的亮度比值为1000000:1。

　　逆光补偿与强光抑制

　　在实际的监控应用场合中，我们还会经常碰到两个概念：逆光补偿与强光抑制，有人会把它们与宽动态相混淆。实际上，这两个概念与宽动态既有联系又有区别，不能混为一谈。

　　逆光补偿：在逆光环境下，观测物体细节偏暗无法看清，需要提升画面整体亮度，以看清物体。

　　强光抑制：因观测物体在强光下照射亮度过高导致无法看清，需要压制画面整体亮度，才能看清观测物体。

　　下面的两张图片展示了此两种效果的差异。

　　不开启逆光补偿开启逆光补偿

　　不开启强光抑制开启强光抑制

　　逆光补偿和强光抑制一般不改变摄像机的动态范围，只是根据被观测物体的情况提升或压制画面亮度。

　　宽动态提升过暗物体的亮度，同时压制过曝物体的亮度，从而实现对画面整体动态范围的扩大。

　　从原理上看，宽动态兼有逆光补偿和强光抑制的部分特点，但还不能完全进行替代。

　　宽动态的实现方法

　　目前常见的宽动态实现方法有两种：

　　1. 数字宽动态：通过ISP对采集到的图像进行处理，调节画面的亮度、饱和度等参数，从而扩大整体的动态范围。

　　2. 光学宽动态：对同一帧图像采取两次曝光，其中一次为针对较暗区域的长曝光，另一次为针对明亮区域的短曝光，将两次曝光得到的图像进行运算和合成，最后得到一帧明暗反差较小的图像。在此基础之上，有的厂家还有多次曝光技术，效果更好。

　　一般而言，光学宽动态的效果要好于数字宽动态。

　　下图表述了两次曝光合成宽动态的实现效果。

　　宽动态的不足

　　世上没有十全十美的事物。宽动态提升了画面的可视亮度范围，这是它的优点;但与此同时也带来了一些弊端，以光学宽动态为例，我们在应用中往往发现如下问题：

　　l 颜色会有一定程度的失真;

　　l 照电脑显示屏时会出现滚动横纹;

　　l 快速移动物体出现彩边和虚影;

　　以上问题都是因为多次曝光和图像合成所引起，在当前的技术条件下只能尽量减轻，无法消除。

　　因此，在摄像机选型与应用时，不需要用宽动态的场合没有必要使用宽动态效果;针对不同的场景，可以灵活选择光学宽动态、数字宽动态、强光抑制、逆光补偿等不同的功能，以达到最理想的图像效果;

　　结语

　　为了让摄像机能够适应复杂的光与影，宽动态来到了世间。此刻，它虽然仍稍显稚嫩，尚有不足之处，但随着人类技术的不断发展，它必然能茁壮成长，为视频监控事业发挥更大的作用。