詳解寬動態(tài)攝像機(jī)的兩種技術(shù)
近幾年來,隨著人們生活水平的提高,安防監(jiān)控受了到重視,越來越多的環(huán)境需要布設(shè)監(jiān)控設(shè)備。攝像機(jī)的技術(shù)也日新月異不斷升級,更好的滿足了各種各樣不再的監(jiān)控環(huán)境需求。其中寬動態(tài)攝像機(jī)為一個(gè)分支的重要代表,在明暗反差太大、光線來源單一的場合,寬動態(tài)攝像機(jī)可以大展拳腳,為用戶還原清晰的本質(zhì)畫面,因而受到廣大廠商的重視,本文從技術(shù)方面解析寬動態(tài)攝像機(jī)受重視的緣由?
寬動態(tài)攝像機(jī)到現(xiàn)在為止,究竟經(jīng)歷了幾代,沒能講得清楚。就技術(shù)而言,不算背光補(bǔ)償技術(shù),寬動態(tài)現(xiàn)有二種重要實(shí)現(xiàn)方式:CCD+DSP技術(shù)和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。許多在模擬信號處理器中無法進(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)字動態(tài)圖像檢測、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、自動聚焦等。
超級寬動態(tài)技術(shù)常使用雙速CCD配合DSP的處理方式。這種雙曝光(或雙快門)技術(shù)的核心是針對明暗反差較大的場景,攝像機(jī)先對明亮區(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到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中;然后再對場景中暗部區(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(dāng)中亮度適當(dāng)?shù)牟糠址謩e切割下來,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)寬動態(tài)的處理效果。但如果采用不同DSP芯片,在具體細(xì)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(shù)
美國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)的寬動態(tài)功能來獲得高質(zhì)量的圖片。寬動態(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態(tài)范圍。從數(shù)值上來說,采用DPS技術(shù)的CMOS攝像機(jī)就目前的處理技術(shù),其動態(tài)范圍即可到達(dá)95dB,甚至可至120dB。在擴(kuò)大動態(tài)范圍的同時(shí),DPS也解決了CCD傳感器在處理動態(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),在捕捉到光信號時(shí)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(shù)體現(xiàn)的寬動態(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傳感器在處理動態(tài)范圍時(shí)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(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。
對比CCD寬動態(tài)技術(shù),艾普視達(dá)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(jī)的寬動態(tài)范圍最多也只有66dB,而CMOS寬動態(tài)攝像機(jī)據(jù)悉其動態(tài)范圍已能達(dá)到120dB以上,在未來CMOS寬動態(tài)技術(shù)將有更大的發(fā)展空間?!?/P>
結(jié)語:
作為一種非常實(shí)用的寬動態(tài)攝像機(jī),在技術(shù)層面的發(fā)展必然會精益求精。總之,唯有寬動態(tài)技術(shù)自身的不斷提升,才能被更多的使用者接受,從而走進(jìn)千家萬戶。
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