隨著視頻監(jiān)控使用環(huán)境和使用者呈現(xiàn)多元化發(fā)展，各生產(chǎn)廠商必須要提高攝像機的新技術(shù)來應(yīng)對日益增長的需求，使其能夠最大程度的滿足應(yīng)用要求。為了突出監(jiān)控攝像機對圖像的捕捉能力，越來越多的安防廠商將低照度功能納入了基本范疇之內(nèi)，將這個技術(shù)納入監(jiān)控攝像機的必備要素。
■ 文/呂俊杰
寬動態(tài)技術(shù)的基本概念
動態(tài)范圍(Dynamic Range)是指攝像機支持的最大輸出信號和最小輸出信號的比值，或者說圖像最亮部分與最暗部分的灰度比值。普通攝像機的動態(tài)范圍一般在1:1000(60db)左右，而寬動態(tài)(Wide Dynamic Range,WDR)攝像機的動態(tài)范圍能達到1:1800-1:5600(65-75db)。
寬動態(tài)技術(shù)主要用來解決攝像機在寬動態(tài)場景中采集的圖像出現(xiàn)亮區(qū)域過曝而暗區(qū)域曝光不夠的現(xiàn)象。簡而言之，寬動態(tài)技術(shù)可以使場景中特別亮的區(qū)域和特別暗的區(qū)域在最終成像中同時看清楚。
寬動態(tài)技術(shù)的實現(xiàn)方式
寬動態(tài)技術(shù)的實現(xiàn)方式主要有兩種：一是使用非線性傳感器的單次曝光方案，這類傳感器對不同照度的靈敏度表現(xiàn)不同，僅一次曝光即可使采集的圖像具備較寬的動態(tài)范圍;二是基于多幀圖像合成的多次曝光方案，不同幀之間的曝光時間有差異，對明亮部分進行短曝光，使高亮度區(qū)域的灰階范圍更大，對暗的部分進行長曝光，使低亮度區(qū)域的灰階范圍更大，最終多個不同曝光時間的幀合成擁有更寬動態(tài)范圍的圖像。
目前主流的寬動態(tài)技術(shù)以多次曝光多幀合成方案為主。以多幀合成寬動態(tài)技術(shù)實現(xiàn)的硬件載體而言又可將其分為兩類：一是在攝像機的Sensor傳感器上實現(xiàn)多次曝光及合成，這種傳統(tǒng)方式需要攝像機對接的Sensor傳感器本身具備寬動態(tài)能力，市面上絕大部分寬動態(tài)攝像機均屬于此類;二是在攝像機的芯片ISP模組上實現(xiàn)多次曝光及合成，這種實現(xiàn)方式可以對接不具備寬動態(tài)能力的普通Sensor傳感器，但要求Sensor傳感器具備較高的幀率，目前IPS端合成方式在市面上比較少見。
然而實際上，不管是在Sensor端還是在ISP端完成曝光及合成，都是以犧牲幀率為基礎(chǔ)的。比如，采用ISP端合成方案的攝像機在寬動態(tài)模式下幀率達到30FPS時，其接入Sensor的幀率則需要達到60FPS。差別在于，ISP端合成方案在幀率及寬動態(tài)之間可以比較靈活地進行選擇，不開啟寬動態(tài)的情況下可配置的幀率是寬動態(tài)模式下的2倍。
真假寬動態(tài)
上面闡述的幾類寬動態(tài)技術(shù)通常均屬于“真”寬動態(tài)，除此之外目前市面還存在另一種形式的“假”寬動態(tài)，即數(shù)字寬動態(tài)。數(shù)字寬動態(tài)并沒有達到真正意義上的擴大成像動態(tài)范圍的目的，而是通過軟件的圖像后處理算法提高了局部區(qū)域的對比度，一般由攝像機ISP模組實現(xiàn)。我們?nèi)庋劭杀鎰e的灰階范圍十分有限，而實際上計算機卻可以區(qū)分非常微弱的灰度差異，數(shù)字寬動態(tài)正是通過圖像處理算法將這些微弱的差異增強到肉眼足以區(qū)分。背光補償(Back Light Compensation,BLC)也是采用類似的圖像處理算法實現(xiàn)的。
寬動態(tài)技術(shù)在應(yīng)用上的局限性
市場上主流的多次曝光多幀合成的寬動態(tài)技術(shù)受限于其實現(xiàn)方式，本身也存在著很多固有的缺陷。一是源自它在高亮區(qū)域短曝特征，會導(dǎo)致在日光燈場景下亮區(qū)域出現(xiàn)橫條紋閃爍，這是常見的日光燈工頻引起的閃爍現(xiàn)象，因為在亮區(qū)域的曝光時間非常短，沒有達到抗閃所需的最低曝光時間;二是源自它在暗區(qū)域長曝特征，當(dāng)物體進行高速運動時會因過長的曝光時間而產(chǎn)生拖影現(xiàn)象。
(本文作者現(xiàn)任福建星網(wǎng)銳捷安防科技研發(fā)部)
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