基于DPS寬動態(tài)技術(shù)的探索與實(shí)際應(yīng)用

　在攝像機(jī)發(fā)展的歲月里，從最初的真空管攝像機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的CCD、CMOS、DPS攝像機(jī)，隨著攝像機(jī)應(yīng)用的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各種專用的攝像技術(shù)，寬動態(tài)技術(shù)便是其中之一。對于一些明暗反差強(qiáng)烈的特殊環(huán)境，普通攝像機(jī)針對圖像的最“暗”與最“亮”部分的平衡調(diào)整能力非常有限，這時寬動態(tài)技術(shù)便能發(fā)揮其突出的作用。

　　DPS寬動態(tài)技術(shù)

　　在逆光情況下，一般都采用超寬動態(tài)攝像機(jī)，超寬動態(tài)攝像機(jī)的動態(tài)范圍表示攝像機(jī)對圖像的最“暗”和最“亮”的調(diào)整范圍，動態(tài)范圍越大圖像所表現(xiàn)的圖層就越豐富、清晰，當(dāng)然圖像的色彩空間就更廣，也就是超寬動態(tài)攝像機(jī)適應(yīng)逆光環(huán)境的能力也更大。

　　傳統(tǒng)CCD攝像機(jī)在采集一幅圖像的過程中只對整個圖像采樣一次，因此必然會出現(xiàn)對整個圖像中明亮的區(qū)域曝光過度、或較暗的區(qū)域欠曝光的現(xiàn)象。

　　盡管寬動態(tài)CCD攝像機(jī)與傳統(tǒng)CCD攝像機(jī)相比，在技術(shù)上有了一次次突破，現(xiàn)在已發(fā)展到第三代CCD寬動態(tài)攝像機(jī)，寬動態(tài)范圍也達(dá)到了160倍，或說54dB。但有資料揭示，CCD寬動態(tài)攝像機(jī)的動態(tài)范圍最多也只能達(dá)到60dB。現(xiàn)在已經(jīng)推出的基于CMOS的DPS技術(shù)寬動態(tài)攝像機(jī)，其寬動態(tài)范圍一般能達(dá)到95dB，最高能達(dá)到120dB。

　　DPS技術(shù)的主要特點(diǎn)是對每個像素進(jìn)行多次單獨(dú)無損失采樣，使動態(tài)范圍增大，說白了寬動態(tài)攝像就是采用多次曝光技術(shù)平衡調(diào)整明暗圖像畫面，還原逼真現(xiàn)場的真實(shí)效果。

　　DPS(Digital Pixel System)即數(shù)字圖像傳感處理系統(tǒng)，它的核心技術(shù)是在每一個拾取的像素上都包含一個ADC(analong—to—digited數(shù)模轉(zhuǎn)換器)，當(dāng)ADC捕捉到光信號時便直接將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并放大，這就最大限度地節(jié)省了無效的傳輸操作，降低了噪聲，保證所獲取圖像的高質(zhì)量，使得輸出后的圖像無任何拖尾和開花現(xiàn)象。DPS系統(tǒng)在整個圖像的獲取、傳輸和處理中，不論前端的拾取還是后端的處理完全以數(shù)字化的形式進(jìn)行，是真正純數(shù)字化的圖像傳感系統(tǒng)。

　　美國Pixim公司在斯坦福大學(xué)20世紀(jì)90年代技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上研發(fā)了一種新型的DPS圖像拾取系統(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)量圖片。源于斯坦福大學(xué)的Pixim的DPS成像技術(shù)，申請了56項(xiàng)專利，其中42項(xiàng)已經(jīng)生效。Pixim的DPS技術(shù)是目前唯一的直接以數(shù)字值表示光信號的圖像抓取系統(tǒng)。CCD和CMOS傳感器以模擬值表示光信號，然后再將模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，DPS則不存在模擬讀出噪聲。

　　在DPS技術(shù)中每個像素都有一個ADC，每個像素的信息都是獨(dú)立捕捉和處理的，同時使用了一個32bit的CPU處理芯片ARM7(或者ARM9)控制每個像素的曝光時間，使得模—數(shù)轉(zhuǎn)換更精確。傳感器可在曝光周期內(nèi)對每個像素的光線進(jìn)行多次和高速采樣，并控制每個像素的曝光時間，在其達(dá)到最佳狀態(tài)時存儲像素信息，因此每個像素都經(jīng)過了多次(0.8ms內(nèi))無破壞性的單獨(dú)采樣。在像素被采集后，系統(tǒng)再對其進(jìn)行處理，最終形成高質(zhì)量的圖像。DPS系統(tǒng)形成的圖像在水平和垂直分辨率上保持一致，任何角度都可以保證圖像的高分辨率。

　　Pixim的專利DPS技術(shù)標(biāo)志著在攝像技術(shù)上的一個根本突破，以CCD為主流技術(shù)的攝像機(jī)必將受到DPS技術(shù)的巨大沖擊。

　　DPS技術(shù)在還原性的概念上，成像良好，圖像質(zhì)量高，采用DPS技術(shù)可使每個像素的曝光時間不同，從而使同一畫面不同部分的曝光時間不盡相同。因此，整幅圖像的任意點(diǎn)，都可達(dá)到最佳圖像顯示的狀態(tài)，能得到清晰的圖像細(xì)節(jié)，更加接近真實(shí)場景的色彩還原。

　　Pixim公司稱，DPS技術(shù)中“每個像素都是一部攝像機(jī)(Every pixel is a camera)”，在一幅圖像中，曝光像素有數(shù)十萬個，即使在最苛刻的光照條件下，也可捕捉到清晰、逼真的圖像，再也不會因?yàn)殛幱?、眩光、反射和太陽光而使圖像發(fā)暗或被破壞。因此，在DPS技術(shù)中，每個像素對應(yīng)的光線都可以被優(yōu)化曝光，最終形成高質(zhì)量的圖像。

　　DPS攝像機(jī)采用的是與“人眼——大腦”系統(tǒng)相同的工作模式，使圖像傳感器和圖像處理器具有雙向?qū)崟r互動性。DPS攝像機(jī)圖像的攝取和處理過程，類似于人眼和大腦的關(guān)系，在對圖像進(jìn)行處理和運(yùn)算的同時，不斷向圖像傳感器下達(dá)指令，不僅調(diào)整曝光時間，而且改變實(shí)際的圖像捕捉算法，實(shí)現(xiàn)了智能化圖像處理功能。

　　所以，在特定的圖像特征和光照下，DPS攝像機(jī)最終能提供更詳盡、完整和真實(shí)的圖像細(xì)節(jié)，從而獲得最佳的圖像效果。