宽动态摄像机能解决应用中所遇到的所有背光问题吗?
在监控摄像机的使用中为了能看清楚同一个图像里的明亮与暗淡的部分,背光补偿技术被最先提出并应用到了实际环境中,来解决这种问题.但这种技术只是部分解决了背光的情况,对于画面整体的画面明暗调节还是不能达到另人满意的效果.而之后便又有了一种叫做宽动态摄像机的技术出现,并试图填补了背光补偿技术针对明暗处理效果的不足,而实际用中这种技术也确实大大提高了摄像机对背光环境的适应能力.
现在宽动态技术能很好的解决画面明暗之间的把反差问题.并广泛的运用于背光比较多的银行ATM机,大厅的服务窗口等经常有强光直接影响的地方,这种能看清楚背光下的前景与背景的摄像机比起简单的背光补偿功能是一个极大进步.
然宽动态技术出来了几年后,随着有了CCD和DPS两种主流技术的相继出现.而且在实际的应用过程中也有了背光补偿不可取代的优势但是做为能将摄像机具有人眼功能的宽动态技术是怎样以人眼的工作方式来适应所有的背光环境的呢,它有没有其不可避免的局限性呢?
宽动态的特色
DPS宽动态目前以最大120Db的动态范围一直被看做是未来宽动态发展的重要趋势.其最大的特点就是每个像素能够控制其多次采样和曝光的能力与时间.就像人的眼晴一样,能根据自己想看的事物光线的强弱调节.
宽动态在实际应用中的效果如下
传统CCD摄像机单次采样曝光的图像
DPS摄像机逐点采样多次曝光的图像
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宽动态的发展历史
CCD成像器件在上世纪60年代初开始应用，现在技术发展的已经非常成熟。从数码相机、监控摄像机到专业广播级摄像机大部分在使用CCD。但在广播级摄像机世界排名首位的池上公司新推出的广播级高清硬磁盘摄录一体机是采用2/3英寸3CMOS成像的，各项指标都不低于CCD摄像机。在监控行业一直是CCD摄像机的天下，但近两年DPS成像技术的宽动态摄像机渐渐进入人们的视线。从原理上讲，CCD宽动态摄像机是采用2次曝光技术进行DPS处理，而DPS(DigitalPixelSystem)数字成像系统，是每个像素点将光信号直接转换数字信号，每个像素点根据射入光线的亮度计算曝光时间，它的宽动态范围可以达到120dB。从原理上讲DPS技术更先进，它能像人的眼睛所具有的宽动态调节功能。虽然它刚刚投入商业运作才两三年，芯片组从D1000、D1500、D2000到D2500几种，图像清晰度从480线提升到540线，最低照度从1.0Lux/F1.2,到0.5Lux/F1.2，但已经在宽动态方面显示出优异的性能。由于CCD在原理上的局限性，在宽动态技术上不可能有很大的发展，而DPS技术还处于年轻的发展期，因此在宽动态摄像机的照度上，还达不到很好的指标，在光线很强的白天，宽动态效果很好，在光线较暗的时候，宽动态效果不明显。但随着DPS技术的发展，它的全项指标将赶超CCD，将逐渐接近人眼的自动调节功能，而宽动态功能也将成为摄像机必备的基本功能。
其优势在哪,缺点在哪?
那宽动态的优缺点在哪里呢?我们先从宽动态的概念来认识它.
什么叫宽动态?简单地说宽动态就是场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚。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。
宽动态的表现方式以“倍数”或“dB”来表示，在以100IRE为标准时，换算公式：NdB=20log(V2/V1)。普通摄像机(称V1)的宽动态值为10dB,如宽动态为48dB，与普通摄像机之间的差为38dB，V2/V1=80，说明与普通摄像机宽动态差为80倍，松下第三代宽动态摄像机是54dB，V2/V1=160倍。
池上ISD-A10摄像机典型动态范围95dB，V2/V1=17782倍，最大宽动态范围120dB，V2/V1=316227倍。
从“倍数”上看，采用PiximDPS技术的摄像机，宽动态范围要比CCD宽动态范围有极大的提高。
对于DPS技术，每个像素对应的光线都可以优化曝光，每一帧数据读取时间只需0.8毫秒(传统CCD技术则需数十毫秒)，这样系统可以对每个像素进行多次单独采样;而成像系统控制着每个像素的最佳采样时间，在每个像素达到最佳状态时存储像素信息。在所有像素被采集后，系统再对其进行处理，最终形成高质量的图像。即使在最苛刻的光照条件下，也可捕捉到清晰、逼真的图像，再也不会因为阴影、眩光、反射和太阳光而使图像发暗或被破坏。
DPS摄像机工作原理图
采用传统CCD图像传感器的摄像机在采集一幅图像的过程中只对整个图像采样一次，必然会出现对整个图像中明亮的区域过度曝光，或较暗的区域欠曝光的现象。CCD宽动态技术是采用特殊DSP(数字信号处理)电路，对明亮部分进行最合适的快门速度曝光，然后再对暗的部分用最合适的快门速度曝光，然后将两个图像进行DSP处理重新组合，使明亮的部分和暗的部分可以看得清楚。由于CCD的感光特性所限制，在技术上很难在有重大突破，有的CMOS技术已经达到160dB,可以说未来的监控摄像机属于宽动态摄像机，宽动态技术属于CMOS。
虽然DPS宽动态技术比CCD有更大范围.其完全不同的明音处理方式是CCD所无法达到的.可是DPS宽动态技术是基于CMOS图像成像器件,其最大的缺点就是照度不是很低,只要是在光线偏暗的环境就能出现明显的噪点.让使用者难以看到阳光充足时的完美图片了.而CCD在这方面却比CMOS要表现优秀,可是CCD由于是采用双速成像的原理.其处理后的画质远比不上DPS技术宽动效果来得逼真.其实CCD宽动态功能实际上是一种背光补偿的升级版.在提高前景亮度时背景甚至整个画面的亮度也就不可必免的也变亮了.所以在实际应用中,对于有宽动态的功能的针孔摄像机对这种受这种因素的影响非常大,而安装人员往往只能通过另调安装角度尽量避开强光的干扰.所以宽动态技术也并不能完全解决我们使用中所遇到的所有背光情况.
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宽动态中的噪音如何消除----数字降噪技术是真实有用还是只是个噱头
DNR(DigitalNoiseReduction)为数字降噪技术，用数字处理降低混杂在视频信号中的杂质。特别多是指监控硬盘刻录机和DVD播放器中的将录像机和电视中视频信号杂质降低的处理功能。
作为代表性的视频信号DNR手法，它从视频信号中将亮度信号(Y)和颜色信号(C)分离(Y/C分离)，分别对它们施与数字处理,将亮度信号中的杂质(飘飞·粗涩)及颜色信号中的杂质(多余的颜色信息)去除。
另外,还有从每个影像的框架中的不同查出并除去杂质的3维数字降噪(3DNR)等手法。
现在销售的产品一般是进行了Y/C分离之后，分别对Y信号，C信号进行3DNR的手法。
数字降噪在实际应用中效果到底有多明显,其实在实际应用中这个功能只是一个锦上添花的功能,更多的像是一个概念噱头.而真正要想降低噪音还有待新的宽动态产品的问世.
跟CCD的宽动态效果相比DPS的优势是值得做为未来宽动态市场的引跑者.但它有也它自己的不尽人意之处,噪音过多,照度不低.未来该如何改进呢
宽动态末来的发展趋势
近来SONY针对降低噪点问题另一种新的技术又开始孕育而生------EFFIO方案.
SONY针对影像监控摄影机开发了”EFFIO”数位记号处理器(DigitalSignalProcessor,DSP),提供高解析画质,高信噪比(SignalNoiseRatio,SNiseRatio,SNR,就是信号与噪音的比值,比值越高,表示机器所输出的记号品质越好)及高色彩重现能力.
EFFIODSP支持NTSC规格480K有效像素CCD,以及PAL规格570K有效像素CCD.
透过EFFIODSP与新款CCD搭配,能达到超过650条TVLINES的水平解析度,相较于一般标准的摄像机,这样的方式能提供更清楚的影像画质,其颜色记号处器提供理想的颜色亮度及浓度平衡.
EFFIODSP结合了2D和3D杂讯抑制记号处理器,能降低杂讯,即使拍摄移动中的目标物,也无损动态解析度.
值得关注的是EffioDSP支持宽动态(WindDynamicRange,WDR)的CCD,因此,在背光及亮度反差极大的环境下,也能呈现浅析的影像画面.其特色的色阶处理功能,能够将暗淡的背景亮度提升而不会明显地提高前景整个画面的亮度.
EffioDSP能提高「SuperHADCCDII」效能。Sony的影像感应器拥有高穩定度及敏感度，广泛应用于监控摄像机中。
此外，EffioDSP结合了周边电路，不仅能因此缩小摄像机体积,还能减少电力消耗.
总述,在宽动态的发展过程中,人们并不是只用一种途径来解决摄像机的背光问题,而且出现了多种技术共同发展的趋势,这倒不但让我们安防人对未来摄像机的发展看了些许希望.我们还是有理由相信,未来宽动态的发展会比我们想像还要快的速度进行技术更新.会有更令人满意的效果呈现出来
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