寬動態(tài)技術(shù)讓視頻監(jiān)控攝像機如虎添翼

    目前，CCD攝像機擴展動態(tài)范圍的方法有輸出信號伽馬修正方法、對數(shù)壓縮放大方法、單幀圖像兩次取樣方法、單幀圖像多次取樣方法四種。在安防監(jiān)控領(lǐng)域中，一般多采用單幀圖像兩次或五次取樣方法，尤其多用兩次曝光取樣的方法。下面介紹一下這種曝光取樣方法的原理。

    所謂“單幀圖像兩次取樣方法”或說“兩次合成電子快門”。其典型特征是基于中速感光器件及高速DSP的兩次取樣曝光機圖像分割合成技術(shù)。其工作過程如下：

    首先利用成像器件CCD對較暗的景物取得爭取的曝光（如用1/50s快門），將得到第一幀圖像存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中。

    其次，利用高速數(shù)字信號處理器DSP對送來的圖像數(shù)據(jù)進行分析，如圖像中較暗的部分曝光正常，而有部分曝光過度的區(qū)域（即高亮度區(qū)域），就要對其進行亮度評估。

    第三，根據(jù)亮度評估結(jié)果，再采用高速快門進行曝光（如1/2000s快門），并將第2次拍攝的圖像也存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中，如此即同時取得兩張明暗兩區(qū)均為正確的影像。

    最后，再利用高速DSP并通過其中嵌入的特有的圖像處理方法，將兩影像在DPS中高速運算相加，即可兩幅圖像中亮度適當(dāng)?shù)牟糠址謩e切割下來，然后在一幀新的圖像中合成起來，就可以標準制式實時輸出亮暗動態(tài)范圍很寬的圖像，例如：室內(nèi)人物照度為10Lux，而室外景物為1000Lux，此時CCD攝像機可采用1/60秒的速度對室內(nèi)景物取得正確曝光，再用1/6000秒對室外的景物取得正確的曝光，然后將兩張圖像結(jié)合即成為比較完美的圖像。

    但是，一般CCD攝像機并不具有這種雙曝光的功能，這是因為一般的通用電路芯片不能實現(xiàn)這樣高速運算，而高速DSP，就具有200K個高速運算門電路的運算速度，同事解決了雙曝光的兩圖像的分別記憶儲存，緊接著即可合成計算的功能，合成處理后再按標準制式實時輸出視頻圖像信號。

    顯然，如果再根據(jù)圖像的最暗區(qū)域至最亮區(qū)域的中間過度范圍的整體評估，再對圖像進行三次中間層次的曝光，這樣就得到三幀針對過度范圍內(nèi)亮度不同的曝光圖像。然后通過特有的圖像識別算法，將上述5幅圖像當(dāng)中亮度適當(dāng)?shù)牟糠址謩e切割下來，再在一幀新的圖像中合成起來，就會完成并最終輸出比僅有2次曝光取樣更加滿意的圖像。

    盡管款動態(tài)CCD攝像機與傳統(tǒng)CCD攝像機相比，在技術(shù)上有了一次突破，現(xiàn)在已發(fā)展到第三代CCD寬動態(tài)攝像機，寬動態(tài)范圍也達到了160倍，或說54db。而采用五次采樣方式，CCD寬動態(tài)攝像機的動態(tài)范圍最多也只能達到66db。而現(xiàn)在已推出的CMOS寬動態(tài)攝像機，其寬動態(tài)范圍已能達到120db。

    CMOS寬動態(tài)攝像機擴展動態(tài)范圍的方法有：雙斜率輸出模式、對數(shù)輸出模式、伽馬校正輸出模式、線性-對數(shù)輸出模式與CMOS-DSP數(shù)字像素式等。下面就簡要的介紹一下CMOS-DSP數(shù)字像素式的CMOS攝像機擴展范圍的原理。

    CMOS-DSP是繼CMOS-PPS與CMOS-APS之后的第三代CMOS寬動態(tài)攝像機。

    所謂DSP，即數(shù)字像素系統(tǒng)，CMOS-DPS攝像機就是數(shù)字像素系統(tǒng)的攝像機。傳統(tǒng)的CCD和CMOS攝像機傳感器都是為每一列或每一行像素點配備一個模擬轉(zhuǎn)換器（A/D），每個像素點的輸出都是模擬光信號，存在著噪聲大和輸出時間長等缺點。而DSP是在圖像傳感器的每一個像素點上包含了一個10位A/D轉(zhuǎn)換器，即在CMOS攝像機圖像傳感器上的有源像素捕捉到光信號時，直接將其放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而可將陣列上的信號退化和串?dāng)_降到最小，并允許采用更好的降噪辦法，一旦數(shù)據(jù)以數(shù)字格式捕獲，就可以采用各種數(shù)字信號處理技術(shù)來真正重現(xiàn)圖像。顯然，DSP技術(shù)中的圖像傳感器和圖像處理器是全數(shù)字式的，并采用32位ARMCPU精確控制每個像素，使每個像素獨立完成采樣和曝光，并直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，是目前市面上唯一的，真正的全數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。