什么是摄像机宽动态

 

    　什么叫WDR宽动态？简单的说摄像机宽动态就是让图像场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得清楚的图像处理条件。宽动态摄像机技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到图像的特色而运用的一种技术。当在强光源(日光、灯具或反光等)照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的动态范围，也可以说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。通常这个比值我们都用dB来表示。

 

   　 因为宽动态范围dB值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。宽动态的表现方式是可以以“倍数”或“dB”来表示，在以100IRE视频可以完全驱动一个监视器表现最好亮度和对比度的优质图像为标准时，换算公式：NdB=20log(V2/V1)。普通摄像机(称V1)的宽动态值为10dB，如一般宽动态为48dB与普通摄像机之间的差为38dB，那以公式V2/V1=80，说明与普通摄像机宽动态差为80倍，目前第三代宽动态摄像机都可达54dB如此换算下，V2/V1=160倍时摄像机典型动态范围可达95dB，如果是倍数更大时甚至最大宽动态范围可达120dB以上。

 

   　 细数摄像机三大Sensor组合宽动态技术WDRtechnologycontent

 

   　 宽动态的技术种类因Sensor与图像处理器不同搭配组合下，大概可以将宽动态摄像机的技术分为三大类别形式，透过这三大类别的组合我们可以探究一下宽动态的技术衍变与应用发展。安防界大家都知道，在宽动态技术还没有真正实现应用在摄像机上的时候，只有低照度、滤光镜、调焦偏光与背光补偿等技术来因应对逆光及内外光线差的环境。但是以上这几种技术都有应用局限性，因此宽动态从特定意义上来说，很好地弥补了之前这些暂时因应的技术不足，并且给出了更好的效果。目前市场上摄像机宽动态形式有以下三种。

 

    　CCDSensor+DSP数字处理式摄像机宽动态

　

    　第一种DSP数字处理宽动态型式；简单一点说就是对图像进行两次曝光处理，摄像机先对明亮区域进行一次正常曝光，得到一幅亮部区域清晰正常的图像并存储到RAM的缓冲区中；然后再对场景中暗部区域进行一次慢速曝光，得到一幅暗部区域画面清晰的图像也存储到数据缓冲存储器中。以上二次图像曝光完毕后，利用DSP图像处理器的图像合成处理运算法，将两幅图像当中亮度适当的部分分别切割下来，最后进行叠加合成并输出一幅明区与暗区域都清晰可见的图像。但是这种通用的方式在目前的技术上来说，都被专业人士称为是假的宽动态。

 

    　CMOSSensor+DPS摄像机宽动态

 

   　 这种技术是Pixim公司在90年代技术发展基础上基于CMOS技术的新型图像撷取系统—DPS(DigitalPixelSystem)数字画素处理系统。在宽动态处理上，DPS采用的是每一个画素单独曝光和ARM7CPU控制技术，相对于采DSP两次曝光成像有更高的动态范围。从数值上来说，采用DPS技术的CMOS摄像机就目前的处理技术，其动态范围即可到达95dB，甚至可至120dB以上。DPS也解决了CCDSensor传感器在处理动态范围和色彩真实性的不足，其色彩还原性更加真实，能够满足应用的要求。CMOS-DPS摄像机采用的是人眼-大脑系统相同的工作模式，使图像传感器和图像处理器具有双向实时互动性。DPS摄像机图像的摄取和处理过程，类似人眼和大脑的关系，在对图像进行处理和运算的同时，不断向图像传感器下达指令，不仅调整曝光时间，而且改变实际的图像捕捉运算法，实现了智能化图像处理功能。所以，在特定的图像特征和光照下，DPS摄像机最终能实现提供更详尽、更完整和更真实的图像细节，从而获得最佳的图像效果。

 

    　但是由于DPS是由每个画素单独曝光处理的技术，因其每个画像素都包含一套完整的处理电路，因此也减小了每个像素的感光面积，即感光量减少，结果是采用CMOS和DPS技术的摄像机，在灵敏度上是有显著差异的。

 

    　SONYEiffo-P宽动态摄像机型式

 

    跟以上两种宽动态技术相比，SONYEFFIO系列摄像机则更具有实际的效果，EFFIO-P则是近两年SONY推出的宽动态技术方案。目前则推出Effio-V与-A系列，就了解EFFIO-V摄像机可搭配最新技术传感器，并支持CCD双扫描，能够达到真正宽动态功能，在背光及亮度极反差极大的环境下也能呈现清晰的画面。

　

    　值得说明的是摄像机宽动态经常被人们与BLC背光补偿功能混为一谈，事实上背光补偿和宽动态的区别很容易，常规摄像机视界中的目标物体在有亮度较高的背景光情况下，如看门口或窗外的物体时，在拍摄过程中被拍摄的主体目标后面有非常亮的背景或一个点的强光源。普通摄像机对单一图像中最亮和最暗部分的平衡调整能力非常有限，一般都以摄取进来的所有光线的平均值为基准，来决定曝光等级。

 

    要克服这种问题的方案我们称为为背光补偿BLC(BackLightCompensation)的方法通过区域理论使用在多数摄像机上。这种采用中央背光补偿模式，主要是提升视界中央部分的亮度、抑制降低视界四周部分的亮度来达到看清楚中央视界景物的目的。但这种情况下摄像机无法同时看清前景与后景的目标，与使用宽动态WDR是完全不同的理论。

 

　　宽动态摄像机应用领域

 

   　 WDR宽动态范围技术在摄像机系统中的运用，让黑暗区域可以变得明亮一些与明亮区域变的更加柔和，改变了视觉效果，提供出有用的可识别的图像。宽动态摄像机一般采用专用的DSP电路，将图像用DSP数字信号处理芯片，将捕捉到的图像重新组合在一张图像上，使其扩大了可能处理的动态范围，使得明亮区域的被摄物体和阴暗区域的目标物体都可以看得清楚。目前宽动态摄像机主要被应用于金融行业，其次是停车场、广场、大厦出入口、港口、道路收费站等强逆光场所。在春、夏、秋、冬四季，每天工作时段内，光线变化复杂，要将监控范围内的所有人物细节拍摄清楚，需要高质量宽动态摄像机，这不仅可以帮警方破获犯罪案件，同时可以为发生的纠纷事件提供佐证。

 

    　而这些宽动态的行业应用诉求大部分如下陈述：

 

    　这种宽动态摄像机主要应用于银行大门出入口、有落地窗的营业厅、运钞车车道及地下停车场出入口以及ATM玻璃门的门口监控，可以适时提供访客与室内外清晰的人像及景物。

 

    　高速公路收费口

 

    　目前低照度、宽动态摄像机用于道路监控的重点是高速公路收费口监控，主要是对进站收费站的车道、收费庭收费情况，对收费车道通过的车辆类型、收费员的操作过程以及收费过程中的突发事件和特殊事件进行观察和记录，实施有效的监督。尤其是在晚上，收费站工作人员需要看清车牌，而一般情况下，车灯打开后，路上的环境照度与车牌的照度形成了一定的动态范围，传统摄像机是难以看清的，因此对于低照度宽动态摄像机有了一定程度的需求。

 

    　路口监控系统

 

    　由于CCTV闭路电视系统对于闯红灯自动抓拍的功能，可以提高交控中心的直观性、实时调动能力和对交通事故、意外事件的反应能力，并可以提升车辆违规查察的客观性，并且可以对监控道路区域进行全面协调控制，提高车辆的用路能力。更由于需要车牌辨识及24小时监控，所以绝对少不了低照度宽动态摄像机的应用需求。

 

    　商业区及光线变化明显的区域监控

 

    　一般商店或百货业者也会有一定的宽动态摄像机需求应用，因为装潢大部分是反光地板与透光结构的关系，并须要有宽动态用以掌握店内外的营运情况，周围车人潮及车潮状况和店内外治安情况等问题。

 

    　宽动态摄像机的选型

 

   　 在目前安防市场上，宽动态摄像机已经是一个常规的产品，机型及类别的选择性很多，比较具有代表性的宽动态品牌大概有Panasonic(松下)SONY、SAMSUNG、BOSCH(博世)、Hikvision、Dahua、AXIS、Vivotek、MERITLI-LIN(利凌)、等等。在监控系统中摄像机的选型有很重要的地位。在选择宽动态摄像机时，应该从以下几个方面着手：

 

    　据实际应用场所和监控目标，选择参数、指针、功能要求的摄像机。

 

    　通过样品测试，实际标出的产品参数、指针、功能是否与产品一致，实测拍摄图像的清晰度、宽动态效果、彩色还原是否真实。

 

    　选择可靠性高的摄像机。监控系统建成后，若摄像机的质量、可靠性不佳，需要经常维修、调整或运行一段时间图像质量下降、损坏，这些损失可能超过购买摄像机的费用。

 

    　选择好的摄像机应该配好的镜头，这样才能表现出最好的效果。

 

   　尽管摄像机宽动态技术发展很快，宽动态效果越来越好，但与人眼的实际观测效果还相差甚远，由于宽动态摄像机最低照度指标还很高，在光线越暗时，宽动态效果越差，大部分宽动态摄像机还需要借助背光补偿功能来提高拍摄效果，因此可以预见在宽动态摄像机的选型上，还是领先的几家知名品牌的制造商会被青睐。

 

    　宽动态摄像机市场前景展望

 

    　随着使用环境的多样化和使用者日益多元化，摄像机的技术和分类也发生很多变化。其中宽动态摄像机是非常重要的一支，在一定程度上也代表了一个摄像机生产厂商的技术发展实力和发展方向。宽动态技术在这几年飞速发展，摄像机的动态范围也在不断扩大，也出现了以双速CCDDSP、双速快门等技术。而现在的宽动态摄像机则都采用专用的DSP电路，使得明亮区域的被摄物体和阴暗区域的被摄物体都可以看得很清楚。

 

    　随着DPS纯数字传感技术的诞生，更高的动态范围和更真实的色彩将逐渐出现在新一代的宽动态摄像机中。在不久的将来，宽动态摄像机市场势必会面临DSP和DPS两种摄像机传感技术的竞争，动态范围也势必不断扩大，前景广阔。