超级宽动态摄像机深度剖析.doc

1、 超级宽动态摄像机深度剖析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最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”。广义上的“动态范围” 是指某一变化的事物可能改变的跨度，即其变化值的最低端极点到最高端极点之间的区域，此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。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

2、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

3、像会被清除掉（全白） ；或者换种方法，摄像机选择1/6000 秒取得室外影像完美的曝光，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。 现代化的交通需要现代化的交通管理，为解决城市主要路段和路口的交通拥挤和阻塞状况，减少事故、违章现象，建立现代化的智能交通指挥控制系统是非常必要的。同时，对于提高城市形象，促进城市的文明和发展也有着非常重要的意义。系统设计的总体目标是：利用道路监控实施交通流量和交通运行监视，对关键路段实施交通实时控制，及时发现各种异常并采取应急措施，保证道路高速、安全、有效地运行，提高现代生活的交通水平。根据现在交通监控的实际需要，一般都会

4、在交通路口、车站、商业区、高速公路收费口等重点部位安装可控摄像机或固定摄像机.本文在分析了道路监控的特殊需求后，主要针对道路监控摄像机的选型设计提出了一些建议。 超低照度超宽动态摄像机 超低照度超宽动态摄像机是集低照度和宽动态两大功能于一体的摄像机，低照度可以在极其微弱的光照下工作的闭路电视摄像机。可以在低于正常视觉响应的光照情况下工作的闭路电视系统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

5、成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最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”概念宽动态摄像机的最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）：另一种最低照度为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最低照度值，很多不法商人就将 CCD 的最低照度值标称为摄像机的最低照度值，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。 广义上的“动态范围” 是指某一变化的事物

6、可能改变的跨度，即其变化值的最低端极点到最高端极点之间的区域，此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。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

7、 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 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，通常采用中央背光补偿(BLC)模式，它主要

8、是靠提升视场中央部分的亮度、降低视场四周部分的亮度来达到看清位于中央位置内物体的目的。 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

9、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。 采用了高级的局部区域强化对比技术，即使在较差的照

10、度条件下也能得到理想的对比度。 采用独特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。 0 秒取得室外影像完美的曝光，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。原理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，

11、需要看门口或窗外的物体，通常采用中央背光补偿(BLC)模式，它主要是靠提升视场中央部分的亮度、降低视场四周部分的亮度来达到看清位于中央位置内物体的目的。 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

12、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

13、下，增强可见度。 采用了高级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。 采用独特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。 应用目前低照度、 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

14、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。 其次是电子警察系统，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。 宽动态技术知识 宽动态范围是图像能分辨最亮的亮度信号值与能分辨的最暗的亮光信号值的比值。 宽动态的表现方式以“倍数”或“dB

15、” 来表示，在以 100IRE 为标准时，换算公式：N dB=20log（V2/V1） 。普通摄像机（称 V1）的宽动态值为 10dB ,如宽动态为 48 dB ，与普通摄像机之间的差为 38 dB，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54 dB，V2/V1=160 倍。池上 ISD-A10 摄像机典型动态范围 95 dB，V2/V1=17782 倍，最大宽动态范围 120dB，V2/V1=316227 倍。从“倍数” 上看，采用 Pixim DPS 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。 宽动态鉴别 对于我们购买电子产品来说，

16、通过机械的测算无疑是最准确的一种验证方法。但是在许多时候，我们几乎不可能为了购买一套设备，而再去专为其配置一套专业验证设备。因此，依靠周边环境的特点以及对光照环节变化的观察，再加上不同类型摄像机的比对，则可以帮助我们在性能分析上省去不少的麻烦。 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

17、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。而对于宽动态技术本身来说，只有不断的拓展自身技术，实现更多环境更多技术条件下的高质量成像，才会让宽动态技术本身在监控技术的快速发展中走的更远。低照度摄像机资咨：15012481307 李思鑫 官网：