文/ 焦成平 北京藍色星際軟件技術(shù)發(fā)展有限公司
何謂寬動態(tài)攝像機(寬動態(tài)攝像機的技術(shù)優(yōu)勢分析)
WDR這個單詞在攝像機的參數(shù)中我們經(jīng)常能夠見到，WDR是Wide Dynamic Range(寬動態(tài)范圍)的縮寫。
什么是動態(tài)范圍?
廣義上的“動態(tài)范圍”是指某一變化的事物可能改變的跨度，即其變化值的最低端極點到最高端極點之間的區(qū)域，此區(qū)域的描述一般為最高點與最低點之間的差值。這是一個應(yīng)用非常廣泛的概念，在談及攝像機產(chǎn)品的拍攝圖像指標(biāo)時，一般的“動態(tài)范圍”是指攝像機對拍攝場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。
寬動態(tài)攝像機比傳統(tǒng)只具有3:1動態(tài)范圍的攝像機超出了幾十倍。自然光線排列成從120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。當(dāng)攝像機從室內(nèi)看窗戶外面，室內(nèi)照度為100Lux，而外面風(fēng)景的照度可能是10,000Lux,對比就是10000/100=100 : 1。這個對比使人眼能很容易地看到，因為人眼能處理1000 : 1的對比度。然而以傳統(tǒng)的閉路監(jiān)控攝像機處理它會有很大的問題，傳統(tǒng)攝像機只有3:1的對比性能，它只能選擇使用1/60 秒的電子快門來取得室內(nèi)目標(biāo)的正確曝光，但是室外的影像會被清除掉(全白);或者換種方法，攝像機選擇1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室內(nèi)的 影像會被清除(全黑)。這是一個自從攝像機被發(fā)明以來就一直長期存在的缺陷。
從安防的模擬時代，就有“寬動態(tài)攝像機”這種說法，那么到底什么叫寬動態(tài)攝像機呢?
寬動態(tài)攝像機技術(shù)是在非常強烈的對比下讓攝像機看到影像的特色而運用的一種技術(shù)。在一些明暗反差過大的場合，一般的攝像機由于CCD/CMOS的感光特性及曝光算法所限制，攝取的圖像往往出現(xiàn)背景過亮或前景太暗的情況。針對這種情況，寬動態(tài)技術(shù)應(yīng)運而生，較好地解決了這一問題。
也是從模擬時代，寬動態(tài)技術(shù)就被分成了2種叫法，一種叫做數(shù)字寬動態(tài)，一種叫寬動態(tài)。這兩種主要的區(qū)別就是寬動態(tài)的實現(xiàn)方式不同，一種為軟件實現(xiàn)，一種是通過硬件+軟件的方式實現(xiàn)。
數(shù)字寬動態(tài)是目前的網(wǎng)絡(luò)攝像機中普遍都支持的功能。簡單的說，數(shù)字寬動態(tài)的實現(xiàn)不需要依賴傳感器的特性，完全是由軟件曝光算法實現(xiàn)。但是，數(shù)字寬動態(tài)只能夠通過軟件算法提升整體畫面中暗區(qū)的亮度，無法把亮區(qū)進行有效的抑制。
標(biāo)準寬動態(tài)通常叫做multiple exposure WDR，也就是我們常說的多重曝光寬動態(tài)。這種寬動態(tài)技術(shù)依賴于Sensor(傳感器)特性的支持。
寬動態(tài)攝像機的發(fā)展趨勢
在早先的模擬時代，1997年松下開發(fā)出寬動態(tài)技術(shù)，并將其應(yīng)用在攝像機上推向市場。隨后，全球各大主要攝像機生產(chǎn)廠商也相應(yīng)推出了帶有自己寬動態(tài)技術(shù)的攝像機。一時之間，寬動態(tài)技術(shù)在這幾年飛速發(fā)展，攝像機的動態(tài)范圍也在不斷擴大，也出現(xiàn)了以雙速CCD+DSP、普通CCD+雙速快門等技術(shù)。
之后的寬動態(tài)攝像機一般都采用專用的DSP電路。它首先對明亮區(qū)域的被攝物體用最合適的快門速度進行曝光，然后再對陰暗區(qū)域的被攝物體用最適合的快門速度進行曝光，最后將兩個圖像用DSP數(shù)字信號處理，將捕捉到的兩幅圖像重新組合在一張圖像上，使其擴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)域的被攝物體都可以看得很清楚。
隨著攝像機進入IP時代后，寬動態(tài)攝像機普遍采用的是multiple exposure-type WDR技術(shù)，也就是多重曝光寬動態(tài)。
現(xiàn)在更加先進的寬動態(tài)技術(shù)也已經(jīng)問世，傳感器廠商稱之為DOL(Digital Overlap)WDR，即數(shù)字疊加型寬動態(tài)技術(shù)。這種寬動態(tài)技術(shù)相比原有的多重曝光寬動態(tài)技術(shù)，能夠有效的提升低照下的寬動態(tài)表現(xiàn)。
寬動態(tài)攝像機涉及到的最新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題
寬動態(tài)成像的另一個局限性與運動現(xiàn)象有關(guān)。由于快門速度不同，在兩張(或更多)構(gòu)成合成寬動態(tài)圖像的單獨快照中，捕捉圖像時場景中的移動部分會出現(xiàn)在不同的位置。這也就是我們在平時使用寬動態(tài)功能的時候，會看到畫面中的移動物體周圍會產(chǎn)生明亮的彩色輪廓。
分析寬動態(tài)攝像機應(yīng)用領(lǐng)域
以往寬動態(tài)攝像機主要被應(yīng)用在銀行監(jiān)控系統(tǒng)和高速公路收費站監(jiān)控系統(tǒng)中。但是隨著社會治安監(jiān)控的快速發(fā)展，寬動態(tài)攝像機由于其獨特的性能優(yōu)勢，也正被越來越多地應(yīng)用于各類治安監(jiān)控領(lǐng)域。當(dāng)這些應(yīng)用場所安裝的攝像機無論是室內(nèi)室外都會遇到光線明暗反差過大的場景，想要達到良好的監(jiān)視效果，就要選用寬動態(tài)攝像機。
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