【安防知識網(wǎng)】當網(wǎng)絡(luò)攝影機不斷的往百萬像素邁進時，所使用的感光元件也正面臨改革的命運。在成就高畫質(zhì)的同時，更為物美價廉的CMOS已經(jīng)漸漸取代CCD，成為大部分百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝影機的新寵，然而，這兩種感光元件的技術(shù)在低照度或?qū)拕討B(tài)的環(huán)境下，始終無法展現(xiàn)其價值，所幸，寬動態(tài)攝影機結(jié)合了CMOS與DSP的技術(shù)，走上了基情的道路。
目前，結(jié)合CMOS與DSP兩種技術(shù)的寬動態(tài)攝影機，已漸漸主導(dǎo)整個安控市場，其中具有寬動態(tài)功能的攝影機，價格上往往較具有競爭力。從松下開發(fā)其第一支寬動態(tài)攝影機起，寬動態(tài)技術(shù)目前已經(jīng)進展到第3代，稱為“True WDR”——信噪比需要高于100，這樣的話，足以應(yīng)付所有寬動態(tài)的光差環(huán)境。
寬動態(tài)技術(shù)快速的發(fā)展，在安控市場更顯得舉足輕重。在這樣的條件背景下，寬動態(tài)仍需步步為營，未來才能有穩(wěn)健的市場。目前大部分寬動態(tài)攝影機主要都是靠“兩個影像合并”而顯像，因此攝影機所使用的DSP如果沒有好的影像處理效能，可能會導(dǎo)致影像回復(fù)不佳、色差過大、成像模煳或是解析度不足等問題，于是，了解寬動態(tài)的技術(shù)與應(yīng)用，是越來越重要的課題。
何謂寬動態(tài)?
許多使用者并不清楚什么是真正的寬動態(tài)、誤解寬動態(tài)的功能，甚至很多製造商對寬動態(tài)下了不同的定義，而忘卻寬動態(tài)的本質(zhì)。
很多時候，一家廠商所定義的一個寬動態(tài)名詞，往往和另一家廠商所解釋的技術(shù)相去甚遠，就像digital WDR或True WDR，每家廠商都有不同解釋。簡單的說，WDR就是能夠同時清楚地顯示攝影機所捕捉到最亮與最暗的畫面;換句話說，WDR可以將背光在高反差的情境下，重新調(diào)整影像畫質(zhì)到完美的境界。
當一道強光源(陽光、光線或反光)與其投影或背光，和其他照度較低的區(qū)域，同時在一個畫面顯像時，強光區(qū)就會過度曝光，而呈現(xiàn)一團白光的影像，相對地，照度較低的區(qū)域常因為曝光不夠，反而會有一堆黑影，這兩種情形都將產(chǎn)生品質(zhì)低劣的畫面。攝影機在光差大的環(huán)境下，成像的品質(zhì)往往有所侷限，侷限范圍即是所謂的“動態(tài)范圍”。
使用寬動態(tài)要學(xué)會取捨，在成像的過程中，主要訴求為“降低雜訊”和“強化有用訊號”，而寬動態(tài)最明顯的權(quán)衡即是雜訊與手動微調(diào)的功夫，透過降低雜訊可以達成寬動態(tài)，但仍需仰賴手動微調(diào)做適當?shù)膹娀?/p>
此外， 寬動態(tài)可以定義為一個影像中“最亮與最暗區(qū)域的相對比例”，因此這不會是一個絕對值，而是一個相對值。該比例可以用“信噪比”表示，一般傳統(tǒng)的攝影機信噪比為10，而寬動態(tài)攝影機信噪比為48，兩者間差了38dB。目前第3代寬動態(tài)攝影機信噪比可以達到95dB，以現(xiàn)有的技術(shù)，信噪比大概介于120～130dB。
寬動態(tài)的主要芯片組合
寬動態(tài)技術(shù)主要採用了3種不同的感光芯片與處理器的組合，以達成其處理光差大的效能。感光元件是影響寬動態(tài)功能非常重要的元素，攝影機的寬動態(tài)范圍即是取決于感光元件的效能。因此，處理器與感光芯片的採用就相當重要;假如我們採用舊型的ISP搭載新的寬動態(tài)感光器時，寬動態(tài)的功能將無法展現(xiàn)最大的效益。
透過叁種不同的芯片組合，寬動態(tài)技術(shù)將有進一步的進展。過去一般傳統(tǒng)攝影機對于處理不同背光條件的影像，往往採用的技術(shù)包括：低照度、濾鏡、偏光技術(shù)、自動對焦與背光補償，但這些技術(shù)目前已不敷使用。寬動態(tài)能彌補上述各種技術(shù)的不足，也能超越上述各種技術(shù)的效能。以下簡單介紹叁種不同的芯片組合方式：
1.CCD Sensor + DSP
這種寬動態(tài)即是所謂的數(shù)碼寬動態(tài)， 其所采用的是“多重曝光”，主要結(jié)合短時間與長時間的曝光速度。
第一道曝光是將所捕捉到的較亮畫面，作細部的處理，讓影像能夠更逼真的呈現(xiàn)，處理過的畫面將存在攝影機的暫存區(qū);第二次曝光將針對較暗的影像做處理，該影像也是讓成像顯得清楚易見，其儲存位置與第一道曝光影像相同。當兩次曝光的影像再經(jīng)由影像處理器做更精緻的畫面修飾后，再合成兩張影像，交疊成最終畫面。
2.CMOS Sensor + DPS
該技術(shù)是源自Pixim所開發(fā)的影像捕捉系統(tǒng)，該系統(tǒng)源于90年代的CMOS，叫作數(shù)碼像素系統(tǒng)(Digital Pixel System，DPS)。
這種寬動態(tài)是結(jié)合ARM 7 CPU的控制技術(shù)，將每一個像素做“單獨曝光”。比起多重曝光技術(shù)，DPS能做的寬動態(tài)范圍較具彈性。
從信噪比的功能來看，這種組合的信噪比能夠達到95dB，有的甚至可以達到120dB。該種技術(shù)所使用的DPS，能夠解決CCD所面臨的問題，如畫面顏色失真或有限的影像處理效能，而該技術(shù)能夠重製逼真的顏色，較能符合安控實際應(yīng)用。
CMOS + DPS的組合可比喻為眼睛與頭腦的運作，允許影像處理器和感光元件有雙向與即時的互動。當DPS在處理影像時，它可以同時傳送訊號到感光元件上，這不僅可以改善曝光時間，也可以改善影像捕捉時的運算時間，以達到較好的影像運算效能。因此，該組合對于處理光差大的環(huán)境，其所提供的畫面會較逼真、完整。
DPS將每一個曝光的像素結(jié)合，每一個像素都是一組完整的運算迴路，有效縮小影像像素的感光面積，曝光的面積變小，也就提升了攝影機的敏感度。
3.Sony Effio-P
相較于前兩項的組合，Sony Effio寬動態(tài)有更實際的應(yīng)用。Effio-P兩年前由Sony推出，Effio-P能夠結(jié)合最新的感光元件并支援雙核CCD，以有效達成true WDR，讓攝影機能夠有效處理高光差的背光環(huán)境，以呈現(xiàn)清楚的影像。
寬動態(tài)并非萬能
不同的芯片組合將產(chǎn)生不同的影像效果，攝影機前端使用好的感光芯片，不代表就能達成最佳的寬動態(tài)效果，效能的好壞主要仍取決于后端的影像處理系統(tǒng)。
另一個影響的元素是結(jié)合CMOS的韌體，如果感光芯片一樣，但ISP或DSP的組合如果不同，寬動態(tài)的展現(xiàn)也會有所不同?？梢酝高^韌體改善ISP的運算效能，而提升影像，但最明顯的差別還是有賴于其所用的硬體。
有些廠商也會開發(fā)其他的芯片，來解決影像處理功能，如大華以F PGA芯片來提升影像品質(zhì)。因此，為確保有好的寬動態(tài)效能，廠商必須有好的設(shè)計，再用韌體配合設(shè)計，以因應(yīng)不同需求。寬動態(tài)功能與攝影機的預(yù)設(shè)值也有關(guān)，每家廠商都各自定義影像成像的方式，因此在實際的應(yīng)用場景裡的設(shè)定偏好也有所不同。因此，即使廠商使用相同的芯片組合，但預(yù)設(shè)值不同，寬動態(tài)的性能也會不同。
有些使用者也會擔心寬動態(tài)的功能，是否會受攝影機為網(wǎng)絡(luò)、類比或HD-SDI的類型而受影響。就技術(shù)層面而言，攝影機介面不影響寬動態(tài)的展現(xiàn)，因此使用網(wǎng)絡(luò)、類比或SDI攝影機不影響寬動態(tài)效益，其主要的不同取決于攝影機是採用CMOS或CCD，用CMOS的攝影機寬動態(tài)范圍往往較廣。
寬動態(tài)技術(shù)雖然發(fā)展迅速，但低照度點仍然很高，無法像人眼一樣敏銳。當背景越黑，寬動態(tài)的效能越差，大部分的寬動態(tài)攝影機需要搭配背光補償功能，以提升高光差環(huán)境的影像捕捉品質(zhì)。
寬動態(tài)其他的限制還包括：有限的光圈比例和影像拖影問題。由于影像是由一張一張的照片堆疊而成，物體移動時，總免不了影像拖影的問題，這也是目前只有幾家領(lǐng)導(dǎo)品牌，可以滿足使用者需求的原因。
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