寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)技術(shù)是在非常強(qiáng)烈的對(duì)比下讓攝像機(jī)看到影像的特色而運(yùn)用的一種技術(shù)。在一些明暗反差過(guò)大的場(chǎng)合，一般的攝像機(jī)由于CCD的感光特性所限制，攝取的圖像往往出現(xiàn)背景過(guò)亮或前景太暗的情況。針對(duì)這種情況，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，較好地解決了這一問(wèn)題。

特點(diǎn)

　　常規(guī)攝像機(jī)視場(chǎng)中的物體在亮度較高的背景光時(shí)，需要看門(mén)口或窗外的物體，通常采用中央背光補(bǔ)償(BLC)模式，它主要是靠提升視場(chǎng)中央部分的亮度、降低視場(chǎng)四周部分的亮度來(lái)達(dá)到看清位于中央位置內(nèi)物體的目的。

　　背光補(bǔ)償，也稱(chēng)為逆光補(bǔ)償，是把畫(huà)面分成幾個(gè)不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分別曝光。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，視場(chǎng)中可能包含一個(gè)很亮的區(qū)域，而被包含的主體則處于亮場(chǎng)的包圍之中，畫(huà)面一片昏暗，無(wú)層次。此時(shí)由于AGC檢測(cè)到的信號(hào)電平并不低，因此放大器的增益很低，不能改進(jìn)畫(huà)面主體的明暗度，當(dāng)引入逆光補(bǔ)償時(shí)，攝像機(jī)僅對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的一個(gè)子區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)求此區(qū)域的平均信號(hào)電平來(lái)確定AGC電路的工作點(diǎn)。由于子區(qū)域的平均電平很低，AGC放大器會(huì)有較高的增益，使輸出信號(hào)的幅值提高，從而使監(jiān)視器上的主體畫(huà)明朗，大大降低背景畫(huà)面與主體畫(huà)面的主觀亮度差，整個(gè)視場(chǎng)的可視性得到改善.逆光補(bǔ)償雖然改善了拍攝主體的亮度，但是圖像質(zhì)量或多或少會(huì)劣化下降。

　　而寬動(dòng)態(tài)這一技術(shù)是同一時(shí)間曝光兩次，一次快，一次慢，再進(jìn)行合成使得能夠同時(shí)看清畫(huà)面上亮與暗的物體。雖然二者都是為了克服在強(qiáng)背光環(huán)境條件下，看清目標(biāo)而采取的措施，但背光補(bǔ)償是以犧牲畫(huà)面的對(duì)比度為代價(jià)的，所以從某種意義上說(shuō)，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是背光補(bǔ)償?shù)纳?jí)。

概念

　　寬動(dòng)態(tài)實(shí)際是指攝像機(jī)同時(shí)可以看清楚圖像最亮與最暗部分的照度比值。而“動(dòng)態(tài)范圍”廣義上說(shuō)是指某一變化事物可能改變的跨度，即其變化值的最低端極點(diǎn)到最高端極點(diǎn)之間的區(qū)域，此區(qū)域的描述一般為最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的差值。攝像機(jī)的“動(dòng)態(tài)范圍”是指攝像機(jī)對(duì)拍攝場(chǎng)景中景物光照反射的適應(yīng)能力，具體指亮度(反差)及色溫(反差)的變化范圍。即表示攝像機(jī)對(duì)圖像的最“暗”和最“亮”的調(diào)整范圍，是靜態(tài)圖像或視頻幀中最亮色調(diào)與最暗色調(diào)的比值。而色調(diào)能呈現(xiàn)出圖像或幀中的精準(zhǔn)細(xì)節(jié)，作為兩種色調(diào)的比值，動(dòng)態(tài)范圍的單位可以是分貝、比特、檔，或者簡(jiǎn)單以比率或倍數(shù)來(lái)表示。

　　因?yàn)檫@幾乎涵蓋了人眼所能分辨的所有動(dòng)態(tài)范圍，超過(guò)這些檔位的動(dòng)態(tài)范圍已沒(méi)有太大的實(shí)際意義。人眼之所以能分辨出跨度如此之廣的動(dòng)態(tài)范圍，是因?yàn)槿嗽谟^察實(shí)景時(shí)，瞳孔、虹膜、視網(wǎng)膜和相關(guān)肌肉會(huì)相互作用、動(dòng)態(tài)調(diào)整，同時(shí)，大腦會(huì)將所有“曝光元素”整合為一幅連貫的圖像，極其精準(zhǔn)地反映出實(shí)景中十分明亮或十分暗淡的色調(diào)。

　　與人眼相比，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)CCD和CMOS圖像傳感器來(lái)說(shuō)，所有感光單元的曝光(收集光子)時(shí)間都是相同的。感光單元對(duì)景物明亮部分收集的光子較多，對(duì)陰暗部分收集的光子則較少。但是，感光單元能夠收集的光子數(shù)量卻受到阱容量(wellcapacity)的限制，所以捕捉物體較亮色調(diào)的感光單元有可能會(huì)溢出或飽和。為防止出現(xiàn)這種情況，可以減少曝光時(shí)間。但如果這樣做，捕捉物體較暗色調(diào)的感光單元可能又無(wú)法收集到足夠多的光子。因此，對(duì)于典型的單次曝光的圖像傳感器，其動(dòng)態(tài)范圍的上限受制于感光單元的阱容量，下限則受制于感光單元的信噪比。因此，CCD攝像器件的動(dòng)態(tài)范圍是指其輸出的飽和電壓與暗場(chǎng)下噪聲峰-峰電壓之比，即

　　動(dòng)態(tài)范圍=Usat/UNp-p(1)

　　(1)式中，Usat為輸出飽和電壓;UNP-P為噪聲的峰-峰值。

　　顯然，動(dòng)態(tài)范圍也可這樣來(lái)定義和計(jì)算，即由CCD勢(shì)阱中可存貯的最大電荷量和噪聲所決定的電荷量之比;其數(shù)值也是輸出端的信號(hào)峰值電壓與均方根噪聲電壓之比(通常用dB表示)，即

　　動(dòng)態(tài)范圍=USp-p/UNp-p(2)式(2)USp-p為輸出信號(hào)峰值電壓。

　　因此，寬動(dòng)態(tài)就是場(chǎng)景中特別亮的部位和特別暗的部位同時(shí)都能看得特別清楚，寬動(dòng)態(tài)范圍就是圖像能分辨最亮的亮度信號(hào)值與能分辨的最暗的亮光信號(hào)值的比值。

　　確定攝像機(jī)成像器的動(dòng)態(tài)范圍的方法主要有兩種：一種是使用傳感器和圖像處理器中基本電路的相關(guān)信息由上述公式計(jì)算得出;另一種是使用灰階測(cè)試卡和實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)收集和觀察圖像，并測(cè)量影像級(jí)別的方法得出。

測(cè)試

　　對(duì)攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試方法可能不盡相同，但其測(cè)試原理大同小異，這里介紹JVC的一種基本測(cè)試方法如下：

　　測(cè)試攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍所需的設(shè)備及條件

　　測(cè)試攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍所需要的設(shè)備如下5點(diǎn)：

　　·透射灰度卡與反射灰度卡;

　　·亮度可調(diào)的背光燈箱與亮度可調(diào)的照射光源;

　　·視頻監(jiān)視器與波形監(jiān)視器;

　　·測(cè)光表或照度計(jì);

　　·標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)鏡頭等。

　　測(cè)試攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的條件：需要在暗室內(nèi)進(jìn)行。

應(yīng)用

　　寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)主要應(yīng)用是在光線環(huán)境還算理想的情況下，卻無(wú)法獲取目標(biāo)物體的細(xì)節(jié)。也就是說(shuō)，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)大多應(yīng)用在明暗交替的地方，當(dāng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)還無(wú)法達(dá)到低照度監(jiān)控時(shí)，需采用寬動(dòng)態(tài)技術(shù)進(jìn)行“補(bǔ)光”。在監(jiān)控?cái)z像機(jī)應(yīng)用上來(lái)說(shuō)，普通攝像機(jī)監(jiān)控獲取的是背景清晰但是前景較暗的圖像，而采用寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)能夠獲取前景和背景都清晰的圖像。

　　高速公路收費(fèi)系統(tǒng)

　　低照度、 寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)用于道路監(jiān)控的重點(diǎn)是高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng),主要是對(duì)收費(fèi)站的車(chē)道、收費(fèi)廣場(chǎng)、收費(fèi)亭的收費(fèi)情況，對(duì)收費(fèi)車(chē)道通過(guò)的車(chē)輛類(lèi)型、收費(fèi)員的操作過(guò)程以及收費(fèi)過(guò)程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)行觀察和記錄，實(shí)施有效的監(jiān)督。。尤其是在晚上，收費(fèi)站工作人員需要看清車(chē)牌，而一般情況下，車(chē)燈打開(kāi)后，路上的環(huán)境照度與車(chē)牌的照度形成了一定的動(dòng)態(tài)范圍，傳統(tǒng)攝像機(jī)難以“看清”，所以對(duì)低照度、寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)有了需求。

　　電子警察系統(tǒng)

　　通過(guò)閉路電視監(jiān)控和闖紅燈自動(dòng)攝錄等手段，提高指揮中心的直觀性、實(shí)時(shí)調(diào)動(dòng)能力和對(duì)交通事故、意外事件的響應(yīng)能力，以及增強(qiáng)查處違章的客觀性，并對(duì)控制區(qū)域進(jìn)行全面協(xié)調(diào)控制，提高車(chē)輛的通行能力。由于需要看清車(chē)牌，24小時(shí)監(jiān)控，所以對(duì)低照度，寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)有需求。

　　城市商業(yè)街

　　城市商業(yè)街中也有一定的應(yīng)用，用以掌握一些繁華路口的交通情況，路段周?chē)?chē)輛的運(yùn)行情況，行人的流量情況和交通治安情況等問(wèn)題。

　　銀行

　　銀行自動(dòng)門(mén)門(mén)口，以及ATM玻璃門(mén)的門(mén)口處監(jiān)控。