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宽动态摄像机技术展望与应用领域分析

来源:中国一卡通网  作者:不详  发布时间:2013-12-09 10:52:25  字体:[ ]

关键字:摄像机  宽动态  安防监控  

摘   要:宽动态实际是指摄像机同时可以看清楚图像最亮与最暗部分的照度比值。而“动态范围”广义上说是指某一变化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。

  宽动态实际是指摄像机同时可以看清楚图像最亮与最暗部分的照度比值。而“动态范围”广义上说是指某一变化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。

  宽动态摄像机技术展望

  目前市场上售的高清网络摄像机几乎都添加了宽动态功能,难道这只是个巧合吗?怎么来看待这个现象呢?如果高清摄像机的CCD只能对明亮柔和的环境高清,而对高对比度的环境“看不清楚”,就只能算是伪高清了。

  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,很好的解决了影像传感器的动态范围相对人眼要窄的问题。值得注意的是,大家记忆犹新的宽动态大幅出现阶段虽然处于模拟摄像机时代,但是却见证了摄像机由模拟时代变迁到数字时代的整个过程,尤其是当年来自美国风靡一时的PiximD2025P方案将宽动态范围一举推到了至今都尚未落伍的256dB水平。去年名声大噪的Exmor背照式CMOS集成了多次曝光宽动态技术和可视性增强(VE)技术,一般来说宽动态打开后灵敏度是会降低的,但通过开启这个功能,不仅宽动态范围超过120dB,达到超宽动态的惊人效果,而且相比传统宽动态灵敏度提升了2倍,同时对比度也增加4倍,使图像效果在低光和明暗对比强烈的环境中得到极大增强和改善。

  IPC要广泛应用,必须做到品种丰富,有低照度、红外、高速球、背光补偿、宽动态等等,系列齐全才能更好地应用到实际工程中。如果高清摄像机厂家品种少,会极大的阻碍高清监控的应用,因此宽动态高清IPC的必须性很大。

  由于自然光线的排列是从120000Lux到星光夜里的0.00035Lux,室内照度为100Lux,而外面风景的照度可能是10000Lux,因此当摄像机从室内看窗户外面,两者对比就是10000/100=100∶1。这个对比人眼能很容易地看到,因为人眼能处理1000∶1的对比度,但传统的安防监控摄像机则不行,因为它只有3∶1的对比性能。

  因此,在出现明暗反差较大或逆光的场景应用安防监控摄像机时,会使整个图像中明亮的区域曝光过度、较暗的区域曝光不足,而看不清图像最亮与最暗部分。如在银行储蓄所、重要场所出入口等。因为从窗外射入的强光和从天花板上的荧光灯照射的柔和光线都可能对当时室内外景象的捕获造成困难,不能同时将反差很大的室内外场景清晰地拍摄下来。

  其所拍摄图像会出现背景过亮前景过暗,或背景清晰前景过暗及前景适合背景过亮的情况。最早的解决方法,一般会采用背光补偿技术或在室内外架设两台摄像机来适应较大的光线反差,但效果不理想。扩展动态范围的技术随之应运而生,即现今所说的宽动态WDR(WideDynamicRange)技术。

  CCD宽动态技术是采用特殊DSP(数字信号处理)电路,对明亮部分进行最合适的快门速度曝光,其后再对暗的部分用最合适的快门速度曝光,然后将两个图像进行DSP处理重新组合,使明亮的部分和黑暗的部分皆可看清。这种160倍动态范围技术虽具有大的宽动态,实现图像灰度的优化等优点,但其对DSP性能(特别是处理速度)要求很高。目前,由于CCD的特性限制,即便采用多次曝光取样方式,摄像机的宽动态范围也只能到66dB。

  宽动态摄像机应用领域

  宽动态范围技术在摄像机系统中的运用,使黑暗区域可以变得明亮一些,使场景中明亮区域变的更加柔和,改变了视觉效果,提供出有用的可识别的图像。宽动态摄像机一般采用专用的DSP电路,它首先对明亮区域的被摄物体用最合适的快门速度进行曝光,然后再对阴暗区域的被摄物体用最适合的快门速度进行曝光,最后将两个图像用DSP数字信号处理芯片,将捕捉到的两幅图像重新组合在一张图像上,使其扩大了可能处理的动态范围,使得明亮区域的被摄物体和阴暗区域的被摄物体都可以看得很清楚。

  目前宽动态摄像机被广泛应用在各个领域。例如,体育场馆出入口、娱乐场所、停车场出入口、银行金融领域、交通港等公共场所要害地点一般对摄像机的动态范围、照度、色彩还原度要求十分苛刻。因为在需要取证的关键时刻,如果因视频采集设备技术条件受限,导致对嫌疑对象无法识别,这对整套监控系统的使用意义来说将是致命的。

  ·金融:应用在银行的宽动态摄像机主要安装在银行的柜台和大门口,由于银行本身监控的特殊性,其柜台和大门如果采用普通摄像机会常常看不清顾客面貌特证,如果打开BLC功能,又会对员工的操作看不清,使用宽动态摄像机则解决了这一前后兼顾的矛盾,同时,由于银行对色彩的还原能力和清晰度的要求都比较高,所以具有高清特性和色彩还原度较好的宽动态摄像机更受金融行业客户的欢迎。

  ·高速公路收费系统: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、收费亭的收费情况进行监视,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,以实施有效的监督。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。

  ·出入口:应用在出入口的宽动态摄象机主要是针对在各种重要办公大楼、工厂的大门出入口、楼道出入口、大厅出入口等,经常是室外在强烈阳光照射下,而室内光线恒定并相照度较低,光线反差很大,造成从室外走进室内的人员面部细节黑暗,看不清。具有宽动态功能的摄像机可以很好解决室内和室外光线反差过大的问题境,使目标和背景都可以清晰呈现。

  ·停车场,现场光线反差比较大、环境日/夜变化大或光照情况比较复杂,就要求摄像机具有很宽的动态范围,而普通摄象机无法满足这类场景的监控要求,而宽动态摄像机则能适应日夜明暗反差的变化,能有效的解决这一问题。

  在宽动态摄像机的选择方面,艾普视达范清华表示,主要还是应根据实际的安保监控级别的需要选用不同动态范围的高清宽动态摄像机,没有必要一味追求高宽动态。须知动态范围越高,所产生的图像噪声也会越大。如金融银行ATM、自助银行出入口这类场所,因其安保级别较高,必须要看清人的面部特征,这类场所就可以选用动态范围较高的高清网络摄像机;而一般的停车场出入口,高速公路匝道则可以选择动态范围略低的摄像机,其更偏向于选择低照度摄像机。”

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