淺析實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的兩種技術(shù)

　　就技術(shù)言，不算背光補(bǔ)償技術(shù)，寬動(dòng)態(tài)有二種實(shí)現(xiàn)方式：CCD + DSP技術(shù)和CMOS + DPS技術(shù)。當(dāng)然，還會(huì)涉及到其它技術(shù)細(xì)節(jié)，例如多次曝光、圖像切割合成、單像素處理、ARM7等等技術(shù)，下面具體來(lái)講解CCD+DSP技術(shù)與CMOS+DPS技術(shù)。

　　CCD+DSP技術(shù)

　　DSP芯片是一種特殊的微處理器，根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理理論的數(shù)學(xué)模型和算法，設(shè)計(jì)出專門的數(shù)字信號(hào)微處理器芯片。計(jì)算程序全部“硬化”，數(shù)字濾波器所需要的其他設(shè)備也全部集成、硬化，比如加法器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入/輸出接口，甚至其他類型的外部設(shè)備等。許多在模擬信號(hào)處理器中無(wú)法進(jìn)行的工作，都可以在數(shù)字處理中進(jìn)行，如二維數(shù)字濾波、數(shù)字動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)、數(shù)字背景光補(bǔ)償、膚色輪廓校正、細(xì)節(jié)補(bǔ)償頻率調(diào)節(jié)、準(zhǔn)確的彩色矩陣、精確的校正、自動(dòng)聚焦等。

　　超級(jí)寬動(dòng)態(tài)技術(shù)常使用雙速CCD配合DSP的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟了。這種雙曝光(或雙快門)技術(shù)的核心是針對(duì)明暗反差較大的場(chǎng)景，攝像機(jī)先對(duì)明亮區(qū)域進(jìn)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(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器中;然后再對(duì)場(chǎng)景中暗部區(qū)域進(jìn)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(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)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(dāng)中亮度適當(dāng)?shù)牟糠址謩e切割下來(lái)，最后進(jìn)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(gè)畫面都清晰可見，以實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)的處理效果。

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

　　CMOS+DPS技術(shù)

　　美國(guó)Pixim公司在斯坦福大學(xué)20世紀(jì)90年代技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上研發(fā)了一種基于CMOS技術(shù)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(qiáng)的寬動(dòng)態(tài)功能來(lái)獲得高質(zhì)量的圖片。寬動(dòng)態(tài)功能劃時(shí)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(dá)到比CCD更真實(shí)、更清晰的圖像。在寬動(dòng)態(tài)處理上，DPS采用的是每一個(gè)像素單獨(dú)曝光和ARM7控制技術(shù)，相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動(dòng)態(tài)范圍。從數(shù)值上來(lái)說，采用DPS技術(shù)的CMOS攝像機(jī)就目前的處理技術(shù)，其動(dòng)態(tài)范圍即可到達(dá)95dB，甚至可至120dB。在擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)，DPS也解決了CCD傳感器在處理動(dòng)態(tài)范圍和色彩真實(shí)性上的不足，其色彩還原性更加真實(shí)，能夠滿足應(yīng)用的要求。使用這種技術(shù)的攝像機(jī)在數(shù)字圖像傳感器里每一個(gè)像素中都使用了一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，在捕捉到光信號(hào)時(shí)直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最大程度地降低了信號(hào)在排列中的衰減和干擾。

　　DPS技術(shù)體現(xiàn)的寬動(dòng)態(tài)功能劃時(shí)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(dá)到比CCD更真實(shí)、更清晰的圖像。由于DPS采用的單一像素曝光和ARM7控制技術(shù)，所以相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動(dòng)態(tài)范圍。又由于DPS的每個(gè)像素單獨(dú)處理技術(shù)，也解決了CCD傳感器在處理動(dòng)態(tài)范圍時(shí)帶來(lái)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(gè)像素單獨(dú)處理的技術(shù)，因其每個(gè)像素都包含一套完整的處理電路，從而也大大減小了每個(gè)像素的感光面積，即感光量減少，其結(jié)果是基于CMOS和DPS技術(shù)的攝像機(jī)，其靈敏度是有顯著影響的，或說不甚滿意。

　　對(duì)比CCD寬動(dòng)態(tài)技術(shù)，艾普視達(dá)的市場(chǎng)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(jī)的寬動(dòng)態(tài)范圍最多也只有66dB，而CMOS寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)據(jù)悉其動(dòng)態(tài)范圍已能達(dá)到120dB以上，在未來(lái)CMOS寬動(dòng)態(tài)技術(shù)將有更大的發(fā)展空間?！?/P>

　　說到CMOS和DPS技術(shù)，也不得不說行業(yè)巨臂SONY特別推出的View-DR超寬動(dòng)態(tài)最新技術(shù)，使動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了125dB。該View-DR超寬動(dòng)態(tài)技術(shù)包含三項(xiàng)索尼核心技術(shù)：Exmor CMOS技術(shù)、多次曝光技術(shù)、VE可視性增強(qiáng)技術(shù)。所謂多次曝光技術(shù)即每個(gè)畫面通過一次標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)技術(shù)即基于對(duì)單個(gè)像素的亮度和色彩進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整，使適應(yīng)不同的場(chǎng)景。SONY的View-DR超寬動(dòng)態(tài)技術(shù)比傳統(tǒng)寬動(dòng)態(tài)方案在靈敏度和對(duì)比度上都有大幅提升。