寬動態攝像機

寬動態攝像機技術是在非常強烈的對比下讓攝像機看到影像的特色而運用的一種技術。在一些明暗反差過大的場合，一般的攝像機由於CCD的感光特性所限制，攝取的圖像往往出現背景過亮或前景太暗的情況。針對這種情況，寬動態技術應運而生，較好地解決了這一問題。

基本介紹

• 中文名：寬動態攝像機
• 套用地點1：高速公路收費系統
• 套用地點2：銀行
• 套用地點3：電子警察系統

特點

常規攝像機視場中的物體在亮度較高的背景光時，需要看門口或窗外的物體，通常採用中央背光補償(BLC)模式，它主要是靠提升視場中央部分的亮度、降低視場四周部分的亮度來達到看清位於中央位置內物體的目的。

背光補償，也稱為逆光補償，是把畫面分成幾個不同的區域，每個區域分別曝光。在某些套用場合，視場中可能包含一個很亮的區域，而被包含的主體則處於亮場的包圍之中，畫面一片昏暗，無層次。此時由於AGC檢測到的信號電平並不低，因此放大器的增益很低，不能改進畫面主體的明暗度，當引入逆光補償時，攝像機僅對整個視場的一個子區域進行檢測，通過求此區域的平均信號電平來確定AGC電路的工作點。由於子區域的平均電平很低，AGC放大器會有較高的增益，使輸出信號的幅值提高，從而使監視器上的主體畫明朗，大大降低背景畫面與主體畫面的主觀亮度差，整個視場的可視性得到改善.逆光補償雖然改善了拍攝主體的亮度，但是圖像質量或多或少會劣化下降。

而寬動態這一技術是同一時間曝光兩次，一次快，一次慢，再進行合成使得能夠同時看清畫面上亮與暗的物體。雖然二者都是為了克服在強背光環境條件下，看清目標而採取的措施，但背光補償是以犧牲畫面的對比度為代價的，所以從某種意義上說，寬動態技術是背光補償的升級。

概念

寬動態實際是指攝像機同時可以看清楚圖像最亮與最暗部分的照度比值。而“動態範圍”廣義上說是指某一變化事物可能改變的跨度，即其變化值的最低端極點到最高端極點之間的區域，此區域的描述一般為最高點與最低點之間的差值。攝像機的“動態範圍”是指攝像機對拍攝場景中景物光照反射的適應能力，具體指亮度(反差)及色溫(反差)的變化範圍。即表示攝像機對圖像的最“暗”和最“亮”的調整範圍，是靜態圖像或視頻幀中最亮色調與最暗色調的比值。而色調能呈現出圖像或幀中的精準細節，作為兩種色調的比值，動態範圍的單位可以是分貝、比特、檔，或者簡單以比率或倍數來表示。

因為這幾乎涵蓋了人眼所能分辨的所有動態範圍，超過這些檔位的動態範圍已沒有太大的實際意義。人眼之所以能分辨出跨度如此之廣的動態範圍，是因為人在觀察實景時，瞳孔、虹膜、視網膜和相關肌肉會相互作用、動態調整，同時，大腦會將所有“曝光元素”整合為一幅連貫的圖像，極其精準地反映出實景中十分明亮或十分暗淡的色調。

與人眼相比，對於標準CCD和CMOS圖像感測器來說，所有感光單元的曝光(收集光子)時間都是相同的。感光單元對景物明亮部分收集的光子較多，對陰暗部分收集的光子則較少。但是，感光單元能夠收集的光子數量卻受到阱容量(wellcapacity)的限制，所以捕捉物體較亮色調的感光單元有可能會溢出或飽和。為防止出現這種情況，可以減少曝光時間。但如果這樣做，捕捉物體較暗色調的感光單元可能又無法收集到足夠多的光子。因此，對於典型的單次曝光的圖像感測器，其動態範圍的上限受制於感光單元的阱容量，下限則受制於感光單元的信噪比。因此，CCD攝像器件的動態範圍是指其輸出的飽和電壓與暗場下噪聲峰-峰電壓之比，即

動態範圍=Usat/UNp-p(1)

(1)式中，Usat為輸出飽和電壓；UNP-P為噪聲的峰-峰值。

顯然，動態範圍也可這樣來定義和計算，即由CCD勢阱中可存貯的最大電荷量和噪聲所決定的電荷量之比；其數值也是輸出端的信號峰值電壓與均方根噪聲電壓之比(通常用dB表示)，即

動態範圍=USp-p/UNp-p(2)式(2)USp-p為輸出信號峰值電壓。

因此，寬動態就是場景中特別亮的部位和特別暗的部位同時都能看得特別清楚，寬動態範圍就是圖像能分辨最亮的亮度信號值與能分辨的最暗的亮光信號值的比值。

確定攝像機成像器的動態範圍的方法主要有兩種：一種是使用感測器和圖像處理器中基本電路的相關信息由上述公式計算得出；另一種是使用灰階測試卡和實驗儀器來收集和觀察圖像，並測量影像級別的方法得出。

測試

對攝像機動態範圍的測試方法可能不盡相同，但其測試原理大同小異，這裡介紹JVC的一種基本測試方法如下：

測試攝像機動態範圍所需的設備及條件

測試攝像機動態範圍所需要的設備如下5點：

·透射灰度卡與反射灰度卡；

·亮度可調的背光燈箱與亮度可調的照射光源；

·視頻監視器與波形監視器；

·測光表或照度計；

·標準內鏡頭等。

測試攝像機動態範圍的條件：需要在暗室內進行。

套用

寬動態攝像機主要套用是在光線環境還算理想的情況下，卻無法獲取目標物體的細節。也就是說，寬動態技術大多套用在明暗交替的地方，當監控攝像機還無法達到低照度監控時，需採用寬動態技術進行“補光”。在監控攝像機套用上來說，普通攝像機監控獲取的是背景清晰但是前景較暗的圖像，而採用寬動態攝像機能夠獲取前景和背景都清晰的圖像。

高速公路收費系統：

低照度、 寬動態攝像機用於道路監控的重點是高速公路收費監控系統,主要是對收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況，對收費車道通過的車輛類型、收費員的操作過程以及收費過程中的突發事件和特殊事件進行觀察和記錄，實施有效的監督。。尤其是在晚上，收費站工作人員需要看清車牌，而一般情況下，車燈打開後，路上的環境照度與車牌的照度形成了一定的動態範圍，傳統攝像機難以“看清”，所以對低照度、寬動態攝像機有了需求。

電子警察系統

通過閉路電視監控和闖紅燈自動攝錄等手段，提高指揮中心的直觀性、實時調動能力和對交通事故、意外事件的回響能力，以及增強查處違章的客觀性，並對控制區域進行全面協調控制，提高車輛的通行能力。由於需要看清車牌，24小時監控，所以對低照度，寬動態攝像機有需求。

城市商業街

城市商業街中也有一定的套用，用以掌握一些繁華路口的交通情況，路段周圍車輛的運行情況，行人的流量情況和交通治安情況等問題。

銀行

銀行自動門門口，以及ATM玻璃門的門口處監控。