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浅谈宽动态摄像机的技术特点和市场需求

背光补偿就是把画面分成几个不同的区域,每个区域分别曝光。在某些应用场合,视场中可能包含一个很亮的区域,而被包含的主体则处于亮场的包围之中,画面一片昏暗,此时由于AGC检测到的信号电平并不低,因此放大器的增益很低,不能改进画面主体的明暗度,当引入逆光补偿时,摄像机仅对整个视场的一个子区域进行检测,通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低,AGC放大器会有较高的增益,使输出信号的幅值提高,从而使监视器上的主体画明朗,大大降低背景画面与主体画面的主观亮度差,整个视场的可视性得到改善.逆光补偿虽然改善了拍摄主体的亮度,但是图像质量会发生很明显的劣化。

宽动态技术是指图像在同一时间曝光两次,一次快,一次慢,再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体。宽动态技术和背光补偿技术都是为了克服在强背光环境条件下,看清目标而采取的措施,但背光补偿是以牺牲画面的对比度为代价的!所以,从某种意义上说,宽动态技术是背光补偿的升级版。

背光补偿和宽动态的区别分析

常规摄像机视场中的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亮点光源。传统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,一般以摄取进来的所有光线的平均值为基准,并决定曝光等级。为了克服这个问题,一种称为背光补偿(BLC)的方法通过加权的区域理论被广泛使用在多数摄像机上。采用中央背光补偿(BLC)模式,它主要是靠提升视场中央部分的亮度、降低视场四周部分的亮度来达到看清位于中央位置内物体的目的。但是,在这种情况下摄像机无法同时看清前场景与后场景内的目标,使用宽动态(Wide-dynamic)范围工作模式可有效解决这一矛盾。在一些明暗反差较强烈的场合,传统摄像机的表现就不尽如意,得不到清晰的图像。于是通过技术手段使摄像机具备良好的宽动态功能(WDR),逐渐成为广大摄像机生产厂商们关注的焦点。

以金融机构的应用领域为参照:安装在门口的摄像机获取的图像由于受到光线的影响,一部分图像在光线充足的室外,另一部分为光线较暗的室内大厅。在一副图像中光线明暗对比强烈,室外的图像因为过分曝光,室内的图像因曝光不足无法获取图像信息。空间上存在室内和室外,由于门口的阻隔,光线方面出现了两种境界,这是没有采用宽动态技术的普遍现象。背光补偿和宽动态功能,虽然都是努力消除一张图像中明暗反差强烈细节的模糊现象,使最终得到的图像能够清晰的反映出明亮区域和黑暗区域的画面,但是这两种功能的技术实现手段却是截然不同的。那么,到底什么是宽动态功能呢?

超宽动态功能:宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影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”。广义上的“动态范围”是指某一变化的事物可能改变的跨度,即其变化值的最低端极点到最高端极点之间的区域,此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。这是一个应用非常广泛的概念,在谈及摄像机产品的拍摄图像指标时,一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力,具体指亮度(反差)及色温(反差)的变化范围。

宽动态摄像机比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍。自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面,室内照度为100Lux,而外面风景的照度可能是10,000Lux,对比就是10,000/100=100:1。这个对比使人眼能很容易地看到,因为人眼能处理1000:1的对比度。然而以传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题,传统摄像机只有3:1的对比性能,它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光,但是室外的影像会被清除掉(全白);或者换种方法,摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光,但是室内的影像会被清除(全黑)。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。

宽动态摄像机的市场应用现状

宽动态范围技术在摄像机系统中的运用,使黑暗区域可以变得明亮一些,使场景中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,它首先对明亮区域的被摄物体用最合适的快门速度进行曝光,然后再对阴暗区域的被摄物体用最适合的快门速度进行曝光,最后将两个图像用DSP数字信号处理芯片,将捕捉到的两幅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被摄物体都可以看得很清楚。

市场前景: 宽动态市场前景非常广阔

随着使用环境的迅速扩大和使用者日益多元化,摄像机的技术和分类也发生了巨大变化。各生产厂商始终致力于提高摄像机的新技术,使其能够最大程度的满足应用要求。其中宽动态摄像机是非常重要的一个分支,在一定程度上也体现了一个摄像机生产厂商的技术发展实力和发展方向。我们知道,摄像机的核心是CCD,目前国内没有CCD的生产能力,主要集中在日本和韩国。由于CCD在生产过程中分不同等级以及生产商获得的途径不同,造成CCD的采集效果也不同。一个简单的检测方法,就是将摄像机通电,不接镜头,用手遮住镜头接口,看图像有没有亮点,雪花大不大,然后接上镜头,将摄像机对准一个色彩鲜明的物体,查看监视器的颜色是否有偏色,图像有无扭曲现象,色彩和灰度是否平滑。

1997年松下开发出超动态技术,并将其应用在摄像机上推向市场。随后,全球各大主要摄像机生产厂商也相应推出了带有自己宽动态技术的摄像机。一时之间,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CCD+DSP、普通CCD+双速快门等技术。现在的宽动态摄像机一般都采用专用的DSP电路。它首先对明亮区域的被摄物体用最合适的快门速度进行曝光,然后再对阴暗区域的被摄物体用最适合的快门速度进行曝光,最后将两个图像用DSP数字信号处理,将捕捉到的两幅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和传播,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。目前,富尼泰达推出的第一代运用DPS技术的宽动态摄像机,市场反响不俗,相信在以后的市场检验中会逐渐彰显出它的魅力。

可预计在不久的将来,宽动态摄像机市场会面临DSP和DPS两种传感技术的竞争,动态范围也势必不断扩大,前景广阔。

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责任编辑:韩倩