宽动态 低照度—监控摄像机
阅读：563发布时间：2013-8-20
宽动态与低照度，这是摄像机长久以来一直在追求的目标，所谓的宽动态摄像机就是把问题集中在解决逆光环境下所产生的问题。摄像机在逆光时，因为整体入光量太大（窗外光线太强了），为避免过曝，快门速度会提高，这就导致背景（高亮度区）正常了，但主体（低亮度区）却曝光不足因此就黑掉了。主体曝光不足，背景曝光正确,但我们主要是要看到屋内的人，窗外的景色在监控上实在不重要，怎么解决这问题?就是改变测光的区域.在D.S.P内有个功能，就是能够测光的范围，一般把他定在中间1/9区块，或是再加上下面1/3合起来成一个凸字型。D.S.P以这区块来测光，因为这区块内光线较暗，所以快门速度就降下来了，导致这区块内曝光是正常的，但窗外就会过曝，如下图:现象二:测光为区域测光，现在是低速快门，主体曝光正确，背景过曝说到这里，有人会说:”这不就是背光补偿嘛!”，对!就是背光补偿.所谓宽动态，就是能够兼具上面两图的优点，把主体跟背景都能曝光正常。软件自动去判别明暗程度，自动取要的图，自动加起来，zui重要的，要每秒能处理25祯，再开颗D.S.P，把软硬件包在一起，就成了宽动态D.S.P了。超动态（Super-Dynamic），简称SD。这种宽动态效果是做出来的，因此早期有些问题，例如无法实时处理（会有一些延迟），在明暗交接处没法处理的很智慧（会有毛边），影像不自然（“做”出来的）等等。经过后期技术不断改良，推出新DSP，就有所谓SDII，SDIII，（就是第二代第三代）。CCD每点”总”曝光时间是固定的，所以得配自动光圈镜头才行。
超级宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。当在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对zui亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”
宽动态摄像机的zui低照度是指当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号幅值下降为标准幅值700mV的50%--33%（视频标称值为1V，标准值为700mV）：另一种zui低照度为CCD上的光照度,也即是CCD的感光度。CCD的光照度值远低于摄像机的zui低照度值，很多不法商人就将CCD的zui低照度值标称为摄像机的zui低照度值，以蒙骗不知情者，这一点尤其体现在国内的一些OEM产品以及一些杂牌、低端摄像机产品上。
宽动态范围是图像能分辨zui亮的亮度信号值与能分辨的zui暗的亮光信号值的比值
宽动态的表现方式以“倍数”或“dB”来表示，在以100IRE为标准时，换算公式：NdB=20log（V2/V1）。普通摄像机（称V1）的宽动态值为10dB,如宽动态为48dB，与普通摄像机之间的差为38dB，V2/V1=80，说明与普通摄像机宽动态差为80倍，松下第三代宽动态摄像机是54dB，V2/V1=160倍。池上ISD-A10摄像机典型动态范围95dB，V2/V1=17782倍，zui大宽动态范围120dB，V2/V1=316227倍。从“倍数”上看，采用PiximDPS技术的摄像机，宽动态范围要比CCD宽动态范围有极大的提高。
广义上的“动态范围”是指某一变化的事物可能改变的跨度，即其变化值的zui低端极点到zui极点之间的区域，此区域的描述一般为zui高点与zui低点之间的差值。这是一个应用非常广泛的概念，在谈及摄像机产品的拍摄图像指标时，一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度（反差）及色温（反差）的变化范围。宽动态摄像机比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍。自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100Lux，而外面风景的照度可能是10,000Lux,对比就是10,000/100=100:1。这个对比使人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000:1的对比度。然而以传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题，传统摄像机只有3:1的对比性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光，但是室外的影像会被清除掉（全白）；或者换种方法，摄像机选择1/600。0秒取得室外影像的曝光，但是室内的影像会被清除（全黑）。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。在一些明暗反差过大的场合，一般的摄像机由于CCD的感光特性所限制，摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。针对这种情况，宽动态技术应运而生，较好地解决了这一问题。而在此之前，传统的摄像机一般会采取背光补偿功能来适应光线反差大的场合。
常规摄像机视场中的物体在亮度较高的背景光时，需要看门口或窗外的物体，通常采用*背光补偿（BLC）模式，它主要是靠提升视场*部分的亮度、降低视场四周部分的亮度来达到看清位于*位置内物体的目的。
背光补偿，也称为逆光补偿，是把画面分成几个不同的区域，每个区域分别曝光。在某些应用场合，视场中可能包含一个很亮的区域，而被包含的主体则处于亮场的包围之中，画面一片昏暗，无层次。此时由于AGC检测到的信号电平并不低，因此放大器的增益很低，不能改进画面主体的明暗度，当引入逆光补偿时，摄像机仅对整个视场的一个子区域进行检测，通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有较高的增益，使输出信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画明朗，大大降低背景画面与主体画面的主观亮度差，整个视场的可视性得到改善.逆光补偿虽然改善了拍摄主体的亮度，但是图像质量或多或少会劣化下降。而宽动态这一技术是同一时间曝光两次，一次快，一次慢，再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体。虽然二者都是为了克服在强背光环境条件下，看清目标而采取的措施，但背光补偿是以牺牲画面的对比度为代价的，所以从某种意义上说，宽动态技术是背光补偿的升级。采用了适应性抗马赛克色彩再生算法，彩色达到540线，黑白570线。强大的灵敏度增强技术，提供动态的3D过滤后的图像，优化了信噪比。并且在保持全实时效果的低照度条件下，增强可见度。采用了的局部区域强化对比技术，即使在较差的照度条件下也能得到理想的对比度。采用*的色彩控制算法可以扩大白平衡使用范围，即可以在很宽的色温范围内，将颜色准确真实的再现。这也意味着在很低照度条件下也能支持使用彩色模式并且很好的进行白平衡。
低照度、宽动态摄像机用于道路监控的重点是高速公路收费监控系统,主要是对收费站的车道、收费广场、收费亭的收费情况，对收费车道通过的车辆类型、收费员的操作过程以及收费过程中的突发事件和特殊事件进行观察和记录，实施有效的监督。。尤其是在晚上，收费站工作人员需要看清车牌，而一般情况下，车灯打开后，路上的环境照度与车牌的照度形成了一定的动态范围，传统摄像机难以“看清”，所以对低照度、宽动态摄像机有了需求。
其次是电子*系统，过闭路电视监控和冲红灯自动摄录等手段，提高指挥中心的直观性、实时调动能力和对交通事故、意外事件的响应能力，以及增强查处违章的客观性，并对控制区域进行全面协调控制，提高车辆的通行能力。由于需要看清车牌，24小时监控，所以对低照度，宽动态摄像机有需求。
另外城市商业街中也有一定的应用，用以掌握一些繁华路口的交通情况，路段周围车辆的运行情况和，行人的流量情况和交通治安情况等问题。
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市场上监控摄像机参差不齐，我们挑选的时候要注意到的一些问题：
首先，在了解监控摄像机的宽动态性能时，挑选一个光线清晰的逆光场所，这里我们可以选择安装玻璃门的店铺来做参考。在测试中，我们可以挑选一台普通摄像机与一台宽动态摄像机作对比，使他们同时逆光拍摄一个地点。一般情况下，普通摄像机会因为光线反差过大而难以清晰的显示监控内的全部景象，即使启用背光补偿功能，也会因为光线的反差而造成远近情景清晰度的差别。而宽动态摄像机则可以很好的避免这种情况，实现全监控范围的清晰，这方面显示的差别还是很明显的。另一方面，在夜晚的环境下将摄像机接受车灯的直接照射，通过观察是否有竖线的出现，或者移动物体是否发虚，也都是观测宽动态摄像机工作性能不错的方式。
此外，在观测过程中，通过对开机画面稳定时间的长短，也可以分析出宽动态芯片的处理速度。在我们选择宽动态摄像机时，除了监测宽动态的范围之外，摄像机的清晰度，色彩还原度和操作性方面，也是需要我们在多次的模拟和对比之后做出判断的主要方面。作为一款非常实用的光线调整技术，宽动态功能在提升光照环境、扩展监控范围方面做出了非常大的贡献。虽然在一些技术的应用上还有很多需要改进的地方，尤其在DPS的应用上更是存在灵敏度受影响的缺陷，但是作为光线调整技术中的一种，能一步实现如此大范围的成像平衡已经实属不易。安防监控之路还很长远，需要我们不断努力充实市场。
