寬動態(tài)攝像機(jī)原理及選型探析

寬動態(tài)技術(shù)是在非常強(qiáng)烈的對比下讓攝像機(jī)看到影像的特色而運用的一種技術(shù)，很好的解決了影像傳感器的動態(tài)范圍相對人眼要窄的問題。值得注意的是，大家記憶猶新的寬動態(tài)大幅出現(xiàn)階段雖然處于模擬攝像機(jī)時代，但是卻見證了攝像機(jī)由模擬時代變遷到數(shù)字時代的整個過程...

寬動態(tài)攝像機(jī)原理及應(yīng)用分析

　　什么叫WDR寬動態(tài)?簡單的說攝像機(jī)寬動態(tài)就是讓圖像場景中特別亮的部位和特別暗的部位同時都能看得清楚的圖像處理條件。寬動態(tài)攝像機(jī)技術(shù)是在非常強(qiáng)烈的對比下讓攝像機(jī)看到圖像的特色而運用的一種技術(shù)。 當(dāng)在強(qiáng)光源(日光、燈具或反光等)照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對亮度較低的區(qū)域在圖像中同時存在時，攝像機(jī)輸出的圖像會出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。攝像機(jī)在同一場景中對最亮區(qū)域及較暗區(qū)域的表現(xiàn)是存在局限的，這種局限就是通常所講的動態(tài)范圍，也可以說寬動態(tài)范圍是圖像能分辨最亮的亮度信號值與能分辨的最暗的亮光信號值的比值。通常這個比值我們都用dB來表示。

　　因為寬動態(tài)范圍dB值是圖像能分辨最亮的亮度信號值與能分辨的最暗的亮光信號值的比值。寬動態(tài)的表現(xiàn)方式是可以以“倍數(shù)”或“dB”來表示，在以100IRE視頻可以完全驅(qū)動一個監(jiān)視器表現(xiàn)最好亮度和對比度的優(yōu)質(zhì)圖像為標(biāo)準(zhǔn)時，換算公式：N dB=20log(V2/V1)。普通攝像機(jī)(稱V1)的寬動態(tài)值為10dB ，如一般寬動態(tài)為48 dB與普通攝像機(jī)之間的差為38 dB，那以公式V2/V1=80，說明與普通攝像機(jī)寬動態(tài)差為80倍，目前第三代寬動態(tài)攝像機(jī)都可達(dá)54 dB如此換算下，V2/V1=160倍時攝像機(jī)典型動態(tài)范圍可達(dá)95 dB，如果是倍數(shù)更大時甚至最大寬動態(tài)范圍可達(dá)120dB以上。

　　WDR寬動態(tài)范圍技術(shù)在攝像機(jī)系統(tǒng)中的運用，讓黑暗區(qū)域可以變得明亮一些與明亮區(qū)域變的更加柔和，改變了視覺效果，提供出有用的可識別的圖像。寬動態(tài)攝像機(jī)一般采用專用的DSP電路，將圖像用DSP數(shù)字信號處理芯片，將捕捉到的圖像重新組合在一張圖像上，使其擴(kuò)大了可能處理的動態(tài)范圍，使得明亮區(qū)域的被攝物體和陰暗區(qū)域的目標(biāo)物體都可以看得清楚。目前寬動態(tài)攝像機(jī)主要被應(yīng)用于金融行業(yè)，其次是停車場、廣場、大廈出入口、港口、道路收費站等強(qiáng)逆光場所。在春、夏、秋、冬四季，每天工作時段內(nèi)，光線變化復(fù)雜，要將監(jiān)控范圍內(nèi)的所有人物細(xì)節(jié)拍攝清楚，需要高質(zhì)量寬動態(tài)攝像機(jī)，這不僅可以幫警方破獲犯罪案件，同時可以為發(fā)生的糾紛事件提供佐證。而這些寬動態(tài)的行業(yè)應(yīng)用訴求大部分如下陳述：

　　金融單位及銀行

　　這種寬動態(tài)攝像機(jī)主要應(yīng)用于銀行大門出入口、有落地窗的營業(yè)廳、運鈔車車道及地下停車場出入口以及ATM玻璃門的門口監(jiān)控，可以適時提供訪客與室內(nèi)外清晰的人像及景物。

　　高速公路收費口

　　目前低照度、寬動態(tài)攝像機(jī)用于道路監(jiān)控的重點是高速公路收費口監(jiān)控，主要是對進(jìn)站收費站的車道、收費庭收費情況，對收費車道通過的車輛類型、收費員的操作過程以及收費過程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)行觀察和記錄，實施有效的監(jiān)督。尤其是在晚上，收費站工作人員需要看清車牌，而一般情況下，車燈打開后，路上的環(huán)境照度與車牌的照度形成了一定的動態(tài)范圍，傳統(tǒng)攝像機(jī)是難以看清的，因此對于低照度寬動態(tài)攝像機(jī)有了一定程度的需求。

　　路口監(jiān)控系統(tǒng)

　　由于CCTV閉路電視系統(tǒng)對于闖紅燈自動抓拍的功能，可以提高交控中心的直觀性、實時調(diào)動能力和對交通事故、意外事件的反應(yīng)能力，并可以提升車輛違規(guī)查察的客觀性，并且可以對監(jiān)控道路區(qū)域進(jìn)行全面協(xié)調(diào)控制，提高車輛的用路能力。更由于需要車牌辨識及24小時監(jiān)控，所以絕對少不了低照度寬動態(tài)攝像機(jī)的應(yīng)用需求。

　　商業(yè)區(qū)及光線變化明顯的區(qū)域監(jiān)控

　　一般商店或百貨業(yè)者也會有一定的寬動態(tài)攝像機(jī)需求應(yīng)用，因為裝潢大部分是反光地板與透光結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并須要有寬動態(tài)用以掌握店內(nèi)外的營運情況，周圍車人潮及車潮狀況和店內(nèi)外治安情況等問題。

　　寬動態(tài)攝像機(jī)選型與前景展望

　　在目前安防市場上，寬動態(tài)攝像機(jī)已經(jīng)是一個常規(guī)的產(chǎn)品，機(jī)型及類別的選擇性很多，比較具有代表性的寬動態(tài)品牌大概有Panasonic(松下) SONY、 SAMSUNG、BOSCH(博世)、Hikvision、Dahua、AXIS、Vivotek、MERIT LI-LIN(利凌)、等等。 在監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機(jī)的選型有很重要的地位。在選擇寬動態(tài)攝像機(jī)時，應(yīng)該從以下幾個方面著手：

　　據(jù)實際應(yīng)用場所和監(jiān)控目標(biāo)，選擇參數(shù)、指針、功能要求的攝像機(jī)。

　　通過樣品測試，實際標(biāo)出的產(chǎn)品參數(shù)、指針、功能是否與產(chǎn)品一致，實測拍攝圖像的清晰度、寬動態(tài)效果、彩色還原是否真實。

　　選擇可靠性高的攝像機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)建成后，若攝像機(jī)的質(zhì)量、可靠性不 佳，需要經(jīng)常維修、調(diào)整或運行一段時間圖像質(zhì)量下降、損壞，這些損失可能超過購買攝像機(jī)的費用。

　　選擇好的攝像機(jī)應(yīng)該配好的鏡頭，這樣才能表現(xiàn)出最好的效果。

　　盡管攝像機(jī)寬動態(tài)技術(shù)發(fā)展很快，寬動態(tài)效果越來越好，但與人眼的實際觀測效果還相差甚遠(yuǎn)，由于寬動態(tài)攝像機(jī)最低照度指標(biāo)還很高，在光線越暗時，寬動態(tài)效果越差，大部分寬動態(tài)攝像機(jī)還需要借助背光補(bǔ)償功能來提高拍攝效果，因此可以預(yù)見在寬動態(tài)攝像機(jī)的選型上，還是領(lǐng)先的幾家知名品牌的制造商會被青睞。

　　隨著使用環(huán)境的多樣化和使用者日益多元化，攝像機(jī)的技術(shù)和分類也發(fā)生很多變化。其中寬動態(tài)攝像機(jī)是非常重要的一支，在一定程度上也代表了一個攝像機(jī)生產(chǎn)廠商的技術(shù)發(fā)展實力和發(fā)展方向。寬動態(tài)技術(shù)在這幾年飛速發(fā)展，攝像機(jī)的動態(tài)范圍也在不斷擴(kuò)大，也出現(xiàn)了以雙速CCD DSP、 雙速快門等技術(shù)。而現(xiàn)在的寬動態(tài)攝像機(jī)則都采用專用的DSP電路，使得明亮區(qū)域的被攝物體和陰暗區(qū)域的被攝物體都可以看得很清楚。

　　隨著DPS純數(shù)字傳感技術(shù)的誕生，更高的動態(tài)范圍和更真實的色彩將逐漸出現(xiàn)在新一代的寬動態(tài)攝像機(jī)中。在不久的將來，寬動態(tài)攝像機(jī)市場勢必會面臨DSP和DPS兩種攝像機(jī)傳感技術(shù)的競爭，動態(tài)范圍也勢必不斷擴(kuò)大，前景廣闊。