淺析實現(xiàn)寬動態(tài)攝像機的兩種技術

　　就技術言，不算背光補償技術，寬動態(tài)有二種實現(xiàn)方式：CCD + DSP技術和CMOS + DPS技術。當然，還會涉及到其它技術細節(jié)，例如多次曝光、圖像切割合成、單像素處理、ARM7等等技術，下面具體來講解CCD+DSP技術與CMOS+DPS技術。

　　CCD+DSP技術

　　DSP芯片是一種特殊的微處理器，根據(jù)數(shù)字信號處理理論的數(shù)學模型和算法，設計出專門的數(shù)字信號微處理器芯片。計算程序全部“硬化”，數(shù)字濾波器所需要的其他設備也全部集成、硬化，比如加法器、存儲器、控制器、輸入/輸出接口，甚至其他類型的外部設備等。許多在模擬信號處理器中無法進行的工作，都可以在數(shù)字處理中進行，如二維數(shù)字濾波、數(shù)字動態(tài)圖像檢測、數(shù)字背景光補償、膚色輪廓校正、細節(jié)補償頻率調(diào)節(jié)、準確的彩色矩陣、精確的校正、自動聚焦等。

　　超級寬動態(tài)技術常使用雙速CCD配合DSP的處理方法已經(jīng)相當成熟了。這種雙曝光(或雙快門)技術的核心是針對明暗反差較大的場景，攝像機先對明亮區(qū)域進行一次快速曝光，得到一幅亮部區(qū)域清晰正常的圖像并存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中;然后再對場景中暗部區(qū)域進行一次慢速曝光，得到一幅暗部區(qū)域畫面清晰的圖像也存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中。以上曝光完畢后，利用DSP特有的圖像處理算法，將兩幅圖像當中亮度適當?shù)牟糠址謩e切割下來，最后進行疊加合成并輸出一幅明暗區(qū)域都清晰可見的圖像。這樣就能避免亮部曝光過度和暗部曝光不足的問題，從而使整個畫面都清晰可見，以實現(xiàn)寬動態(tài)的處理效果。

　　從市場上看，上述技術的寬動態(tài)攝像機產(chǎn)品一直是市場的主流，且使用這種方案的廠家眾多，雖然有研發(fā)實力的廠家寬動態(tài)技術絕大多數(shù)相似，但是由于采用不同的DSP芯片，在具體細節(jié)上還是有明顯差別，比如對靈敏度、色還原度、白平衡等的處理。

　　CMOS+DPS技術

　　美國Pixim公司在斯坦福大學20世紀90年代技術發(fā)展基礎上研發(fā)了一種基于CMOS技術的新型的圖像拾取系統(tǒng)——DPS(數(shù)字像素處理系統(tǒng))，此系統(tǒng)可以通過其超強的寬動態(tài)功能來獲得高質(zhì)量的圖片。寬動態(tài)功能劃時代地提升了一幅圖像中亮和暗區(qū)域的影像拍攝效果，可以達到比CCD更真實、更清晰的圖像。在寬動態(tài)處理上，DPS采用的是每一個像素單獨曝光和ARM7控制技術，相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動態(tài)范圍。從數(shù)值上來說，采用DPS技術的CMOS攝像機就目前的處理技術，其動態(tài)范圍即可到達95dB，甚至可至120dB。在擴大動態(tài)范圍的同時，DPS也解決了CCD傳感器在處理動態(tài)范圍和色彩真實性上的不足，其色彩還原性更加真實，能夠滿足應用的要求。使用這種技術的攝像機在數(shù)字圖像傳感器里每一個像素中都使用了一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，在捕捉到光信號時直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最大程度地降低了信號在排列中的衰減和干擾。

　　DPS技術體現(xiàn)的寬動態(tài)功能劃時代地提升了一幅圖像中亮和暗區(qū)域的影像拍攝效果，可以達到比CCD更真實、更清晰的圖像。由于DPS采用的單一像素曝光和ARM7控制技術，所以相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動態(tài)范圍。又由于DPS的每個像素單獨處理技術，也解決了CCD傳感器在處理動態(tài)范圍時帶來的色彩還原性不足等問題。

　　但也需要指出，由于DPS是基于每個像素單獨處理的技術，因其每個像素都包含一套完整的處理電路，從而也大大減小了每個像素的感光面積，即感光量減少，其結果是基于CMOS和DPS技術的攝像機，其靈敏度是有顯著影響的，或說不甚滿意。

　　對比CCD寬動態(tài)技術，艾普視達的市場部經(jīng)理范清華表示：“值得注意的是，由于CCD的固有特性，即便是采用多次曝光方式，CCD攝像機的寬動態(tài)范圍最多也只有66dB，而CMOS寬動態(tài)攝像機據(jù)悉其動態(tài)范圍已能達到120dB以上，在未來CMOS寬動態(tài)技術將有更大的發(fā)展空間?！?/P>

　　說到CMOS和DPS技術，也不得不說行業(yè)巨臂SONY特別推出的View-DR超寬動態(tài)最新技術，使動態(tài)范圍達到了125dB。該View-DR超寬動態(tài)技術包含三項索尼核心技術：Exmor CMOS技術、多次曝光技術、VE可視性增強技術。所謂多次曝光技術即每個畫面通過一次標準快門和三次速度逐漸遞增的高速快門獲取的四幅圖像合成出最理想的圖像;VE可視性增強技術即基于對單個像素的亮度和色彩進行動態(tài)優(yōu)化調(diào)整，使適應不同的場景。SONY的View-DR超寬動態(tài)技術比傳統(tǒng)寬動態(tài)方案在靈敏度和對比度上都有大幅提升。