文/ MICHAEL KORKIN
根據(jù)標準定義，動態(tài)范圍是指變量(如光或聲音)的最大值和最小值的比值。在理解和應(yīng)用動態(tài)范圍這一概念方面存在的核心困難在于如何進行測量。 設(shè)想這樣一個任務(wù)：用一個桶測量降雨量。下大雨時，桶中的水很快就會溢出，這樣便無法確定降雨量的最大值：測量結(jié)果會根據(jù)桶的容量進行修剪。下小雨時，在一個測量間隔內(nèi)，桶內(nèi)可能只滴入一滴雨，在另一個測量間隔內(nèi)，可能只滴入兩滴雨，最小值無法確定或受噪波干擾。要增加小值讀數(shù)的精度，就需要增加集時間，但這種做法對于大值并不適用，會導(dǎo)致溢出。
這個簡單的例子說明測量結(jié)果實際上就是信息通道：它可以傳遞、丟失或誤報關(guān)于變量的信息——到達上限、到達下限或同時到達兩端。
設(shè)想將視頻攝像機用作測量儀器。它可測量照射在其數(shù)百萬個光敏元件(即像素陣列)中每個元件上以二維陣列排列的光量。每個像素陣列對一段時間內(nèi)接收的光子流進行積分運算，然后將其轉(zhuǎn)化為可讀取的電子信號。如果來自某場景的光子流很強，或者如果積分時間很長，信號可能會達到限制而飽和(修剪)。結(jié)果導(dǎo)致與場景明亮區(qū)域的細部相對應(yīng)所有的亮度變化會丟失。同樣，如果場景的光子流很弱，或者如果積分時間很短，信號會產(chǎn)生不確定、帶噪波的讀數(shù)，場景的所有細部都會丟失。
與任何信息渠道一樣，視頻攝像機的質(zhì)量可通過其傳達信息(即展示場景的亮度變化)的優(yōu)越程度來判斷。尤其是，攝像機是否能夠不作修剪即可捕捉場景明亮處的細微變化?是否能夠捕捉背光處的細微變化而不任其淹沒在噪波中?同時在動態(tài)范圍的兩端捕捉場景細部的功能如何?這些問題的答案，既取決于場景自身的動態(tài)范圍，也取決于如何對作為測量儀器的攝像機的動態(tài)范圍功能進行比較。通常，如果場景的動態(tài)范圍與攝像機相同或比攝像機窄，產(chǎn)生的圖像會忠實地傳達場景背光處和明亮處的細部，不會有噪波，也不修剪。如果場景的動態(tài)范圍較寬，攝像機會因噪波過大而修剪明亮處的細部，或屏蔽背光處的細部，也可能會同時修剪這兩個部位。
如何不受攝像機自身功能的影響，對場景的動態(tài)范圍進行單獨評估呢?這可通過不同曝光時間的多個場景捕捉圖像分段進行。超長曝光可顯示背光處的細部，然而會在明亮處達到飽和。很短的曝光可顯示明亮處的細部，而將背光部淹沒在噪波基底中。顯示背光處的細部所需的最長曝光時間與顯示明亮處的細部所需的最短曝光時間的比值能可靠地評估場景的動態(tài)范圍。
(本文作者現(xiàn)任Arecont Vision工程副總裁)
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