視頻監(jiān)控攝像機(jī)動態(tài)范圍的幾種測試方法
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摘要：在應(yīng)用安防監(jiān)控攝像機(jī)時，經(jīng)常會出現(xiàn)明暗反差較大或逆光的場景，使得圖像中明亮的區(qū)域曝光過度、較暗的區(qū)域欠曝光，而不能看清圖像最亮與最暗部分。因此，各攝像機(jī)廠家競相開發(fā)了寬動態(tài)攝像機(jī)。但如何檢測其寬動態(tài)性能，是工程商等應(yīng)用人員急需了解的。本文介紹攝像機(jī)動態(tài)范圍的基本概念，重點介紹國外三大廠商各自對監(jiān)控攝像機(jī)動態(tài)范圍的具體測試方法，以供工程商等應(yīng)用人員測試選用參考...
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162106.htm引言
由于自然光線的排列是從120000Lux到星光夜里的0.00035Lux，室內(nèi)照度為100Lux，而外面風(fēng)景的照度可能是10000Lux，因此當(dāng)攝像機(jī)從室內(nèi)看窗戶外面，兩者對比就是10000/100=100∶1。這個對比人眼能很容易地看到，因為人眼能處理1000∶1的對比度，但傳統(tǒng)的安防監(jiān)控攝像機(jī)則不行，因為它只有3∶1的對比性能。因此，在出現(xiàn)明暗反差較大或逆光的場景應(yīng)用安防監(jiān)控攝像機(jī)時，會使整個圖像中明亮的區(qū)域曝光過度、較暗的區(qū)域曝光不足，而看不清圖像最亮與最暗部分。如在銀行儲蓄所、重要場所出入口等。因為從窗外射入的強(qiáng)光和從天花板上的熒光燈照射的柔和光線都可能對當(dāng)時室內(nèi)外景象的捕獲造成困難，不能同時將反差很大的室內(nèi)外場景清晰地拍攝下來。其所拍攝圖像會出現(xiàn)背景過亮前景過暗，或背景清晰前景過暗及前景適合背景過亮的情況。最早的解決方法，一般會采用背光補(bǔ)償技術(shù)或在室內(nèi)外架設(shè)兩臺攝像機(jī)來適應(yīng)較大的光線反差，但效果不理想。擴(kuò)展動態(tài)范圍的技術(shù)隨之應(yīng)運(yùn)而生，即現(xiàn)今所說的寬動態(tài)WDR(Wide Dynamic Range)技術(shù)。
松下從1977年首推第一代寬動態(tài)CCD攝像機(jī)起;到1999年又推出了第二代;2003~2008年再次推出第三代超級動態(tài)CCD攝像機(jī)。在此期間，索尼、JVC、三星等也相繼推出了自已的寬動態(tài)CCD攝像機(jī)。至今，在安防監(jiān)控領(lǐng)域一次又一次的技術(shù)改革中，帶動了安防產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。
CCD寬動態(tài)技術(shù)是采用特殊DSP(數(shù)字信號處理)電路，對明亮部分進(jìn)行最合適的快門速度曝光，其后再對暗的部分用最合適的快門速度曝光，然后將兩個圖像進(jìn)行DSP處理重新組合，使明亮的部分和黑暗的部分皆可看清。這種160倍動態(tài)范圍技術(shù)雖具有大的寬動態(tài)，實現(xiàn)圖像灰度的優(yōu)化等優(yōu)點，但其對DSP性能(特別是處理速度)要求很高。目前，由于CCD的特性限制，即便采用多次曝光取樣方式，攝像機(jī)的寬動態(tài)范圍也只能到66dB。
顯然，由于CCD的感光特性限制，在技術(shù)上很難再有重大突破，而CMOS攝像機(jī)由于其圖像傳感器本身的優(yōu)異性能，或有突出的表現(xiàn)。如一般的線性輸出模式的動態(tài)范圍就可達(dá)40~60dB;加拿大Dalsa公司采用線性-對數(shù)輸出模式的IM28-SA型CMOS攝像機(jī)，其動態(tài)范圍就可高達(dá)120dB;Apical有限公司結(jié)合Altera的 Cyclone III和Cyclone IV FPGA，利用Aptina MT9M033 720p WDR CMOS圖像傳感器也推出了明亮部分和暗的部分都看得清楚的CMOS寬動態(tài)攝像機(jī);美國PIXIM公司開發(fā)了CMOS-DPS技術(shù)，其芯片組從D1000、D1500、D2000到D2500在性能上有了飛速提高：其圖像清晰度從480線提升到540線以上;最低照度從1.0Lux/F1.2到0.5Lux/F1.2;典型寬動態(tài)范圍從95dB 到120dB。據(jù)消息透露，有的CMOS的寬動態(tài)技術(shù)甚至已能達(dá)到160dB。因此可預(yù)見，未來的監(jiān)控攝像機(jī)屬于寬動態(tài)攝像機(jī)，而寬動態(tài)技術(shù)則屬于CMOS。
目前，在全球市場上，有50多個國家約100種類型的寬動態(tài)攝像機(jī)投入實際應(yīng)用，然而其中多數(shù)攝像機(jī)制造商皆采用了Pixim的DPS技術(shù)。這是因為DPS芯片的核心技術(shù)是在每一個像素里有ADC。也就是在準(zhǔn)確的捕捉點上，光信號被轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。這樣做的好處是使像素間沒有串?dāng)_和沒有信號損失。這也意味著噪波大大降低并形成了一個超級動態(tài)范圍，這樣就避免了垂直光斑的產(chǎn)生。如日本池上廣播級攝像機(jī)低垂直光斑達(dá)到-135dB，是所有廣播級攝像機(jī)這項指標(biāo)最好的。圖1就是日本池上基于低垂直光斑和Pixim DPS技術(shù)的CMOS寬動態(tài)攝像機(jī)ISD-A10和普通CCD攝像機(jī)拍攝車燈時低垂直光斑效果圖。
圖1 CMOS寬動態(tài)攝像機(jī)ISD-A10和普通CCD攝像機(jī)拍攝車燈之時低垂直光斑效果比較
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