隨著視頻監(jiān)控使用環(huán)境和使用者呈現(xiàn)多元化發(fā)展，各生產(chǎn)廠商必須要提高攝像機(jī)的新技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的需求，使其能夠最大程度的滿足應(yīng)用要求。為了突出監(jiān)控?cái)z像機(jī)對(duì)圖像的捕捉能力，越來(lái)越多的安防廠商將低照度功能納入了基本范疇之內(nèi)，將這個(gè)技術(shù)納入監(jiān)控?cái)z像機(jī)的必備要素。
■ 文/呂俊杰
寬動(dòng)態(tài)技術(shù)的基本概念
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)。
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)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式
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：一是在攝像機(jī)的Sensor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Sensor傳感器本身具備寬動(dòng)態(tài)能力，市面上絕大部分寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)均屬于此類;二是在攝像機(jī)的芯片ISP模組上實(shí)現(xiàn)多次曝光及合成，這種實(shí)現(xiàn)方式可以對(duì)接不具備寬動(dòng)態(tài)能力的普通Sensor傳感器，但要求Sensor傳感器具備較高的幀率，目前IPS端合成方式在市面上比較少見(jiàn)。
然而實(shí)際上，不管是在Sensor端還是在ISP端完成曝光及合成，都是以犧牲幀率為基礎(chǔ)的。比如，采用ISP端合成方案的攝像機(jī)在寬動(dòng)態(tài)模式下幀率達(dá)到30FPS時(shí)，其接入Sensor的幀率則需要達(dá)到60FPS。差別在于，ISP端合成方案在幀率及寬動(dòng)態(tài)之間可以比較靈活地進(jìn)行選擇，不開啟寬動(dòng)態(tài)的情況下可配置的幀率是寬動(dòng)態(tài)模式下的2倍。
真假寬動(dòng)態(tài)
上面闡述的幾類寬動(dòng)態(tài)技術(shù)通常均屬于“真”寬動(dòng)態(tài)，除此之外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(Back Light Compensation,BLC)也是采用類似的圖像處理算法實(shí)現(xiàn)的。
寬動(dòng)態(tài)技術(shù)在應(yīng)用上的局限性
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。
(本文作者現(xiàn)任福建星網(wǎng)銳捷安防科技研發(fā)部)
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