文/余威錦 廣州美電貝爾電業(yè)科技有限公司產(chǎn)品主管
何謂寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)?
動(dòng)態(tài)范圍(Dynamic Range)是指攝像機(jī)支持的最大輸出信號(hào)和最小輸出信號(hào)的比值，或者說(shuō)圖像最亮部分與最暗部分的灰度比值。普通攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍一般在1:1000(60dB)左右，而寬動(dòng)態(tài)(Wide Dynamic Range，WDR)攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍能達(dá)到1:1800-1:5600(65-75dB)，最大可達(dá)到120dB。
寬動(dòng)態(tài)技術(shù)主要用來(lái)解決攝像機(jī)在寬動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中采集的圖像出現(xiàn)亮區(qū)域過(guò)曝而暗區(qū)域曝光不夠的現(xiàn)象。簡(jiǎn)而言之，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)可以使場(chǎng)景中特別亮的區(qū)域和特別暗的區(qū)域在最終成像中同時(shí)看清楚。
寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
寬動(dòng)態(tài)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種：一是使用非線性傳感器的單次曝光方案，這類傳感器對(duì)不同照度的靈敏度表現(xiàn)不同，僅一次曝光即可使采集的圖像具備較寬的動(dòng)態(tài)范圍;二是基于多幀圖像合成的多次曝光方案，不同幀之間的曝光時(shí)間有差異，對(duì)明亮部分進(jìn)行短曝光，使高亮度區(qū)域的灰階范圍更大，對(duì)暗的部分進(jìn)行長(zhǎng)曝光，使低亮度區(qū)域的灰階范圍更大，最終多個(gè)不同曝光時(shí)間的幀合成擁有更寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像。
目前市場(chǎng)上主流的寬動(dòng)態(tài)技術(shù)以多次曝光多幀合成方案為主。以多幀合成寬動(dòng)態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的硬件載體而言又可將其分為兩類：第一是在攝像機(jī)的圖像傳感器上實(shí)現(xiàn)多次曝光及合成，這種傳統(tǒng)方式需要攝像機(jī)對(duì)接的圖像傳感器本身具有寬動(dòng)態(tài)的功能，現(xiàn)在市場(chǎng)上絕大部分寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)均屬于這種類型的;第二是在攝像機(jī)的芯片ISP圖像處理上實(shí)現(xiàn)多次曝光及合成，這種實(shí)現(xiàn)方式可以對(duì)接不具有寬動(dòng)態(tài)功能的普通圖像傳感器，但要求圖像傳感器具有比較高的幀率。
寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)涉及到的最新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題
目前市面還存在另一種形式的“假”寬動(dòng)態(tài)，即數(shù)字寬動(dòng)態(tài)。數(shù)字寬動(dòng)態(tài)并沒(méi)有達(dá)到真正意義上的擴(kuò)大成像動(dòng)態(tài)范圍的目的，而是通過(guò)軟件的圖像后處理算法提高了局部區(qū)域的對(duì)比度，一般由攝像機(jī)ISP模組實(shí)現(xiàn)。我們?nèi)庋劭杀鎰e的灰階范圍十分有限，而實(shí)際上計(jì)算機(jī)卻可以區(qū)分非常微弱的灰度差異，數(shù)字寬動(dòng)態(tài)正是通過(guò)圖像處理算法將這些微弱的差異增強(qiáng)到肉眼足以區(qū)分。背光補(bǔ)償也是采用類似的圖像處理算法實(shí)現(xiàn)的。
市場(chǎng)上主流的多次曝光多幀合成的寬動(dòng)態(tài)技術(shù)受限于其實(shí)現(xiàn)方式，本身也存在著很多固有的缺陷。一是源自它在高亮區(qū)域短曝特征，會(huì)導(dǎo)致在日光燈場(chǎng)景下亮區(qū)域出現(xiàn)橫條紋閃爍，這是常見(jiàn)的日光燈工頻引起的閃爍現(xiàn)象，因?yàn)樵诹羺^(qū)域的曝光時(shí)間非常短，沒(méi)有達(dá)到抗閃所需的最低曝光時(shí)間;二是源自它在暗區(qū)域長(zhǎng)曝特征，當(dāng)物體進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)因過(guò)長(zhǎng)的曝光時(shí)間而產(chǎn)生拖影現(xiàn)象，這種“真”寬動(dòng)態(tài)為硬件寬動(dòng)態(tài)。
分析寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域
寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的 應(yīng)用范圍主要會(huì)在金融行業(yè)項(xiàng)目，其監(jiān)視區(qū)域在工作人員日常辦理業(yè)務(wù)的營(yíng)業(yè)廳，通常營(yíng)業(yè)廳的室內(nèi)設(shè)計(jì)模式均以玻璃門為主，室外的自然光線會(huì)通過(guò)玻璃門透射到室內(nèi)，攝像機(jī)在監(jiān)視門口區(qū)域時(shí)會(huì)因室外光線過(guò)曝看不清楚進(jìn)出的人員，采用寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)有效地將室內(nèi)外曝光過(guò)亮及暗區(qū)進(jìn)行比例調(diào)整;其它區(qū)域?yàn)楣駟T機(jī)前置攝像機(jī)監(jiān)視，傳統(tǒng)在柜員機(jī)使用的攝像機(jī)主要會(huì)選擇開啟攝像機(jī)具有的背光補(bǔ)償功能，開啟后圖像會(huì)犧牲背景圖像，在監(jiān)視人臉部時(shí)提高亮度，從而可看清楚人臉進(jìn)行識(shí)別;隨著行業(yè)對(duì)圖像質(zhì)量要求越來(lái)越高，用戶更要求需要平衡圖像在背景與人臉部識(shí)別的效果，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)的出現(xiàn)解決了這個(gè)問(wèn)題，在背景的圖像處理中有效抑制曝光，在監(jiān)視中部區(qū)域時(shí)提高亮度，從而將兩方面的圖像比例進(jìn)行調(diào)整，獲得優(yōu)質(zhì)的圖像效果。第二種常見(jiàn)的應(yīng)用區(qū)域在走廊，消防通道場(chǎng)所，一般走廊旁邊會(huì)有窗戶，監(jiān)看過(guò)往人員時(shí)會(huì)因室外光線原因看不清楚人臉等身體部位，采用寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)將室內(nèi)外之間過(guò)曝區(qū)域及暗區(qū)進(jìn)行調(diào)整。
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