转载宽动态摄像机技术

1、.转载 宽动态摄像机技术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0.00035 Lux。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，比照就是10,000/100=100：1。这个比照人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000：1的比照度，然而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的比照性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来获得室内目的的正确曝光，但是室外的影像会被去除掉全白；或者换种方法摄像机选择1/6000秒获得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被

2、去除全黑。这是一个自从摄像机被创造以来就一直长期存在的缺陷。自从40多年前摄像机的出现至今，从最早的真空管摄像机到如今的以CMOS、CCD、DPS为感光器件的设想，而宽动态摄像机也在此根底上逐渐流行起来，关于不同技术的各种争论与讨论此起彼伏。2005年开场，摄像机逐渐出现群雄逐鹿的竞争场面。这种场面将会随着摄像机技术的不断更新以及更多品牌的进进而逐渐白热化。随着摄像机更大范围的普及应用，其自身的优点与缺陷会同时存在，而对于摄像机监看效果要求的不断进步，特别在一些明暗反差过大的场景中，传统普通摄像机对单一图像中最亮和最暗部分的平衡调整才能非常有限，一般以摄取进来的所有光线的平均值为基准，并决定曝

3、光等级。如何进步成像系统中的动态范围，以便同时看清视场内前景与背景物体一直是研究者的目的。于是，具有良好宽动态功能：Wide-dynamic的摄像机逐渐成为各大摄像机消费厂商的目的和关注的焦点。动态范围的概念动态范围最早是信号系统的概念，一个信号系统的动态范围被定义成最大不失真电平和噪声电平的差。而在实际用处中，多用对数和比值来表示一个信号系统的动态范围，比方在音频工程中，一个放大器的动态范围可以表示为：D=logPower_max/Power_min×10。数字像机也可看作一个信号系统，所以动态范围可分为两个部分，即光学动态范围和输出动态范围。光学动态范围当在强光源日光、灯具或反光

4、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亮堂区域因曝光过度显现为白色，而晦暗区域因曝光缺乏成为黑色。可见，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着局限的，这种局限我们通常称为光线的"动态范围"。其广义是指摄像机对拍摄场景中景物光照反响的适应才能，主要是亮度差和色温反差的适应范围。防晒霜排行榜光学动态范围DR_Optical=饱和曝光量/噪声曝光量暗电流。数字相机的光学动态范围主要是由图像传感器决定的。其中饱和曝光量指的是图像传感器到达最大的饱和容量时的曝光量，即无论再怎样增加曝光也无法承受更多的电子了。噪声曝

5、光量相当于在全黑环境时图像传感器仅仅有本身暗电流时的曝光量。图像传感器的动态范围定义公式如下：动态范围db=20*log全电荷容量/暗电流容量图像传感器的动态范围定义的是传感器件最大蓄积电荷和最小噪声电荷的倍数关系。而摄像机的光学动态范围指的是其传感器到达这两种状态下对应的曝光量的倍数关系。输出动态围目前市场上使用的摄像机内都含有DSP数字信号处理系统。摄像机的图像是以数字的形式再通过D/A转换成模拟后输出，所以输出动态范围主要由A/D位数决定。位数是决定数字图像系统的一个重要指标，对于一个数字图像系统，信息的存储最终是以数字的方式来进展。所以该系统中必定有一个模拟/数字转换器A/D Conv

6、erter。而A/D转换器的一个重要指标就是A/D的位数。对于3位2进制来说，可以表达的最大值是2的3次方即8。8位2进制可以表达的数值范围是0-255，16位的范围是0-等。那么什么是A/D转换器的动态范围呢 wtwgm ?对于一个8位的A/D，它可以记录的最小信号是1，最大信号是255，那么它的动态范围就是log255/1=2.4。这个值显然是不大的。但是注意不要把8位的A/D和8位的色深搞混了。在彩色系统里一共有3个通道，这里的8位指的是每个通道的位数。对于彩色来讲就是24位，也就是我们常说的真彩色。实际上对于8位的JPG文件来说，能表达的亮度信息也就是这么多。这就是数字和模拟系统的不同

7、之处。但实际上为了保存更大的余量和采用更好的输出方法，根本上各个厂商都采用14bit甚至16bit的A/D转换器。对于数字系统，位数和动态范围的对应关系，可以说A/D转换器的动态范围对于图像成像的色彩至关重要，A/D转换器的动态范围越大，对于图像来说更加可以反映所摄物体的自然色。多种宽动态技术齐放荣耀1997年松下推出基于其SD技术的第一代超动态技术摄像机，到今天为止，宽动态技术已开展到第三代。全球各大主要摄像机消费商也都相应推出了带有超宽动态技术的摄像机。固然在实现宽动态上各家的做法方式多种多样，但CCD实现宽动态的道理根本一致。这一类型的摄像机采用了专用的DSP电路，首先对亮堂的被摄物体用

8、最适宜的快门速度进展曝光，然后，再对暗的被摄物体用最适宜的快门速度进展曝光，最后将这两个图像用DSP数字信号处理，将捕捉到的两幅图像重新组和在一张可视图像上。扩大了可能处理的动态范围，使得亮堂的被摄物体和暗的被摄物体都可以看得很清楚。但经过这样处理后的图像会失往其原有的色彩效果，这也是当前宽动态摄像机面临的最大问题。美国Pixim公司在斯坦福大学20世纪90年代技术开展根底上研发了一种新型的图像拾取系统-DPS，此系统可以通过其超强的宽动态功能来获得高质量的图片 jdlqq 。宽动态功能划时代地提升了一副图像中亮和暗区域的影像拍摄效果，可以到达比CCD更真实、更清楚的图像。在动态范围上，DPS

9、采用的单一象素曝光和ARM7控制技术，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。从数值上来说，采用DPS技术的摄像机的动态范围可到达95dB，最高可至120dB。在扩大动态范围的同时，DPS也解决了CCD传感器在处理动态范围和色彩真实性上的缺乏，其色彩复原性更加真实，完全可以满足不同条件下不同客户的要求。使用这种技术的摄像机在数字图像传感器里每一个象素中都使用了一个模拟数字转换器ADC，在捕捉到光信号时直接转化为数字信号，最大程度上降低了信号在排列中的衰减和干扰。需要提出的是，固然宽动态摄像机的出现弥补了普通摄像机在光线落中的缺点，但也存在缺乏。动态范围和灵敏度是两个矛盾因素，通常动态范围

10、大的摄像机其灵敏度较低，而高灵敏度的摄像机动态范围相对较低。也就是说目前宽动态摄像机在环境光线足够时完全可以满足环境的需求，呈现出高质量的图像，但在低照度情况下的使用状况并不是太好。这也是目前各消费宽动态摄像机厂家迫切要解决的技术问题。但随着技术的不断提升，这个困扰厂家的问题也将会迎刃而解。宽动态摄像机技术是在非常强烈的比照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亮堂区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光缺乏成为黑色，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

11、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，此区域的描绘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才能，详细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0.00035 Lux。当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100L

12、ux，而外面风景的照度可能是10,000Lux,比照就是10,000/100=100：1。这个比照使人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000：1的比照度。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的比照性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来获得室内目的的正确曝光，但是室外的影像会被去除掉全白；或者换种方法，摄像机选择1/6000秒获得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被去除全黑。这是一个自从摄像机被创造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治理，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

13、非常必要的。同时，对于进步城市形象，促进城市的文明和开展也有着非常重要的意义。系统设计的总体目的是：利用道路监控施行交通流量和交通运行监视，对关键路段施行交通实时控制，及时发现各种异常并采取应急措施，保证道路高速、平安、有效地运行，进步现代生活的交通程度。根据如今交通监控的实际需要，一般都会在交通路口、车站、贸易区、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。选购道路监控摄像机的关注点在视频控制系统中，无论从系统前端图象的摄取抑或到后端图象信号的记录与显示与控制，系统设备性能的好坏是鉴定系统运作成功与否的

14、关键因素。毫无疑问，设备选型的好坏直接影响到系统的稳定可靠性、图象质量、系统使用寿命等有关建立方投资利益问题。因此系统设备选型是贯穿整个设计过程的重要环节。道路监控系统摄像机需求分析.对图像的明晰度和实时性有很高的要求,要求能看清车牌，哪个牌子的防晒霜好假设车牌号码不能被明晰地确认出来，那么监控抓拍就毫无意义了。由于道路监控需要24小时工作，需要在极暗的条件下也可以得到优质的画面。室外道路的光线的动态范围变化较大，夏日阳光下环境照度达Lx-Lx；夜间路灯时仅为0.1Lux，变化幅度相当大。在这种情况下摄像机无论是否具有自动调整灵敏度功能即通过摄像机本身的电子快门已不可能适应这么宽的照度范围，也

15、就无法到达控制图像效果的作用。因此必需要求摄像机具有很宽的动态范围。在照度不好的条件下拍摄时，拍摄的动态图像不可防止的会有噪点干扰，所有要求宽动态摄像机有出色的动态图像噪点消除功能，可以消除图像阴影和拖尾现象。道路监控摄像机选型根据宽动态摄像机摄像机性能中最核心的IC电路是CCD传感器芯片，工作原理是由CCD光学镜头将目的景象成像在CCD传感器上，传感器为高感度CCD，然后以每秒50场25帧CCIR制式25Frame/s；NTSC制式30 Frame/s图像的速度将CCD输出的信号经CDS相关采样保持电路、AGC及A/D转换电路处理后，输进到存储器中，再利用高速运算芯片和数据处理功能将存储器中

16、已存进的影像以逐行扫描方式逐行读出，形成全视频信号。因此摄像机输出信号的质量除了选择性能上佳的CCD传感器外，数据处理芯片/处理电路也是重要的环节。在总结多年的理论经历后，道路交通监控的设备集成和工程商都选用下述要求的摄像机：具备高线数500-540电视线的工业标准摄像机。低照度0.1lux，最低照度到达0.0lux，在黑夜光照度较低的情况下，也可以获得明晰的图像效果。采用超感度，大尺寸CCD一般是1/2英寸CCD。由于1/2"摄像机标靶尺寸比1/3"摄像机的标靶尺寸大，因此成像效果更为优良。成像面积较大；光通量较大，光照度要求低。具有超宽动态拍摄功能,能在高反差以及照明突

17、变的情况下，快速、2020防晒霜排行榜准确的进展响应，从而获取高质量的、充分曝光的影像画面。具有超级降噪技术，可以消除动态图像噪点，图像阴影和拖尾现象。特别是在解决由车头灯造成的路面交通监控或停车场监控问题时，低拖尾度尤其重要。高信噪比,白平衡自动调整等功能的快速快门速度不能慢于1/1000秒摄像机。采用工业级器件，具有良好的全天候工作才能，长期运行稳定可靠。本文拟对以下几个重点参数作说明。1/2 EXVIEW HAD?CCD ccd产品问世已有30多年，从当时的20万像素开展到目前的500-800万像素，无论其市场规模还是其应用面，都得到了宏大的开展，可以说是在平稳中逐步进步，特别是近几年来

18、，在消费领域中的应用开展速度更快。目前的ccd组件，每一个像素的面积和开发初期比较起来，己缩小到1/10以下。今后在应用产品趋向小型化，高像素的要求下，单位面积将会更加的缩小。在小型化的同时，利用各种新开发的技术，使其感光度不会因为单位面积缩小而受到影响，也同时要求其性能维持或向上提升。以下是索尼公司按年代划分而开展的ccd传感器简介：1、had感测器hadhole-accumulation diode传感器是在n型基板，p型，n+2极体的外表上，加上正孔蓄积层，这是sony独特的构造。由于设计了这层正孔蓄积层，可以使感测器外表常有的暗电流问题获得解决。另外，在n型基板上设计电子可通过的垂直型

19、隧道，使得开口率进步，换句换说，也进步了感度。在80年代初期，索尼将其领先使用在可变速电子快门产品中，在拍摄挪动快速的物体也可获得明晰的图象。2、on-chip micro lens 80年代后期，因为ccd中每一像素的缩小，将使得受光面积减少，感度也将变低。为改善这个问题，索尼在每一感光二极管前装上微小镜片，使用微小镜片后，感光面积不再因为感测器的开口面积而决定，而是以微小镜片的外表积来决定。所以在规格上进步了开口率，也使感亮度因此大幅提升。3、super had ccd进进90年代后期以来，ccd的单位面积也越来越小，1989年开发的微小镜片技术，已经无法再提升感亮度，假设将ccd组件内部

20、放大器的放大倍率提升，将会使杂讯也被进步，画质会受到明显的影响。索尼在ccd技术的研发上又更进一步，将以前使用微小镜片的技术改进，提升光利用率，开发将镜片的外形最优化技术，即索尼super had ccd技术。根本上是以提升光利用效率来提升感亮度的设计，这也为目前的ccd根本技术奠定了根底。4、new structure ccd在摄影机的光学镜头的光圈F值不断的提升下，进入到摄影机内的斜光就越来越多，使得入射到ccd组件的光无法百分之百的被聚焦到感测器上，而ccd感测器的感度将会降低。1998年索尼公司为改善这个问题，将彩色滤光片和遮光膜之间再加上一层内部的镜片。加上这层镜片后可以改善内部的光

21、路，使斜光也可以被聚焦到感光器。而且同时将硅基板和电极间的绝缘层薄膜化，让会造成垂直ccd画面杂讯的讯号不会进入，使smear特性改善。5、exview had ccd比可视光波长更长的红外线光，也可以在半导体硅芯片内做光电变换。可是至当前为止，ccd无法将这些光电变换后的电荷，以有效的方法搜集到感测器内。为此，索尼在1998年新开发的"exview had ccd"技术就可以将以前未能有效利用的近红外线光，有效转换成为映像资料而用。使得可视光范围扩大到红外线，让感亮度能大幅进步。利用"exview had ccd"组件时，在黑暗的环境下也可得到高亮度的

22、照片。而且之前在硅晶板深层中做的光电变换时，会漏出到垂直ccd部分的smear成分，也可被搜集到传感器内，所以影响画质的杂讯也会大幅降低。最低照度照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明Lm数，也叫做勒克斯Lux：1Lux=1Lm/平方米,上式中，Lm是光通量的单位，其定义是纯铂在熔化温度约1770时，其1/60平方米的外外表积于1球面度的立体角内所辐射的光量。为了对照度的量有一个感性的认识，下面举一例进展计算，一只100W的白炽灯，其发出的总光通量约为1200Lm，假设假定该光通量均匀地分布在一半球面上，那么距该光源1m和5m处的光照度值

23、可分别按以下步骤求得：半径为1m的半球面积为2×12=6.28平方米距光源1m处的光照度值为：1200Lm/6.28平方米=191Lux同理、半径为5m的半球面积为：2×52=157平方米距光源5m处的光照度值为：1200Lm/157平方米=7.64Lux可见，从点光源发出的光照度是遵守平方反比律的。1LUX大约等于1烛光在1米间隔 的照度，我们在摄像机参数规格中常见的最低照度，表示该摄像机只需在所标示的LUX数值下，即能获取明晰的影像画面，此数值越小越好，说明CCD的灵敏度越高。同样条件下，黑白摄像机所需的照度远比尚须处理色彩浓度的彩色摄像机要低10倍。黑白摄像机的灵敏度

24、大约是0.02-0.5lux勒克斯，彩色摄像机多在1lux以上。照度值不仅与镜头的光圈大小F值有关，与测试时的周边环境也有着较大的关系，以光圈大小F值而言，光圈愈大那么其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。0.97lux/F0.75相当于2.5lux/F1.2相当于3.4lux/F1.0参考环境与照度：参照环境大概照度参照环境大概照度夏日阳光下lux室内日光灯100lux阴天室外lux黄昏室内10lux电视台演播室1000lux20cm处烛光10-15lux距60w台灯60cm桌面300lux夜间路灯0.1lux摄像机按照度可分为普通型：正常工作所需照度13lux月光型：正常工作所需照度0.1l

25、ux左右星光型：正常工作所需照度0.01lux以下红外型：采用红外灯照明，在没有光线的情况下也可以成像宽动态摄像机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，这一点尤其表达在国内的一些OEM产品以及一些杂牌、低端摄像机产品上。低照度摄像机在市场的演进简单分为以下三步：白天彩色/晚上黑白COLOR/MONO；低速快

26、门SLOW/SHUTTER及超感度摄像机EXVIEW HAD。1.白天彩色/晚上黑白昼夜型摄像机COLOR/MONO此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求群，昼夜型COLOR/MONO摄像机是利用黑白图像对红外线感度较高的特点，在一定的光源条件，利用线路切换的方式将图像由彩色转为黑白，以便于搭配红外线。在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中，早期曾采用2颗SENSOR1颗彩色、1颗黑白共用一组电路再行切换，目前此类摄像机已采用单一CCD彩色设计，在白天或光源充足时为彩色摄像机，当夜晚降临或光源缺乏时一般在1LUX3LUX即利用数字电路将彩色信号消除掉，成为黑白图像，且为了搭配红外线，亦拿掉了彩色

27、摄像机不可缺的红外线滤除器，此种作法虽可在夜晚到达"低照度"的目的，白天却有图像模糊，色彩不自然的缺点，并且摄像机的摄像间隔 会受到红外灯照射间隔 的限制。然而，COLOR/MONO摄像机是否属于"低照度"摄像机，仍相当具争议性，专家指出真正的"低照度摄像机"应指摄像机本身所采用的元件、技术可到达的功能，而白天彩色/晚上黑白的摄像机因受限于CCD灵敏度，本身并无法改变，只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升，不能算是低照度摄像机。2.低速快门SLOW/SHUTTER此类摄像机又称为画面累积型摄像机，是利用电脑记忆体的技术，连续将

28、几个因光线缺乏而较显模糊的画面累积起来，成为一个图像明晰的画面，运用SLOW SHUTTER技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2×128，并且画面可以累积的帧数128帧是属于甚至包括进口品牌再内的领先程度。此类型低照度摄像机适用于制止红、紫外线破坏的博物馆，夜间生物活动观察，夜间军事海岸线监视等，属性较静态场所的监视。此类型的低照度摄像机，大多数为进口品牌价格昂贵，且累积帧数少32帧。3.超感度摄像机EXVIEW/HAD超感度摄像机EXVIEW/HAD，又称24小时摄像机，为98年全世界最热门的机种，其彩色照度可达0.05LUX，黑白那么可达0.003-0.001LUX亦可

29、搭配红外线以达0LUX不仅能明晰的辩识图像，更是实时连续的画面。此类型摄像机主要是采用SONY元件厂于97年所推出的EXVIEW/HAD/CCD超感CCD，其运用专利技术将CCD每一像素的开口率进步，进而到达更低照度的要求.这一技术的出现受到了监控市场的欢送，对各种光照环境下均可表现出最正确的效果.特别是配合专用的红外照明设备，可以得到高明晰度的黑白图像，实现0照度的监控完全无光的情况下。在近红外760mm-1100mm的近红外区域，假设配适宜宜波长的红外照明，就可以实现明晰的黑白图像。三星TECHWIN公司原三星航空，国内称为三星光电子依靠在行业30年的消费经历，在技术的不断创新和为顾客提供

30、高质量的安防产品上，总是走在前端。其产品系列SHC-740，SHC-740，SHC-721，SDZ-330，SPD-3300等全部采用128倍帧累积技术，明晰度高达520TVL以上，信噪比达50db以上，具有日夜转换功能。特别是SHC-740图1，采用了EX-VIEW HAD CCD，使用Samsung SVDSP芯片，在低照度技术，高明晰度有了新的打破高达540TVL，使摄像机在几乎全黑的条件下也可以得到优质的画面，其最低照度彩色形式为,黑白形式为?sens-up形式为0.0003，广泛应用于国防边境，军队，高速公路宽动态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

31、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形式，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到达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，而被包含的主体那么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展检测，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，使输出信号的幅值进步，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.逆光补偿固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，再进展合成使得可以同时看清画面上亮与暗的物体。虽然二者都是