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浅析低照度摄像机成像效果及相关技术点

目前监控厂家使用的CCD多为日本索尼(Sony)与夏普(Sharp)。据了解,Sony的CCD在表面增加了彩色补光滤光片,颜色构成由RGB升级成更为精细的CMYK色系,另外还将各个微型镜头底部的角度扩大,以增加通光量,提高亮度,在光线较暗时,其噪点也较小...
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  本文就低照度摄像机涉及的技术环境和背景做一个简单的介绍,先从“提高低照度摄像机成像效果的方法“入手,简单说明如下:

  从光采集端入手

  CCD1.选用大靶面CCD-同样像素下CCD的尺寸越大其感光度越好(普通CCD的尺寸一般为1/4"和1/3",但是在智能交通等特殊场合我们就需要采用1”、2/3”、1/1.8”、1/2.5”的尺寸才能达到更清晰的效果)。

  2.选用高灵敏度CCD-将CCD每一像素的开口率提高,进而达到更低照度,SONY的EXVIEWHADCCD其感度可以提高到普通摄像机的4倍。

  CMOSCMOS的优点是耗电少(约为CCD的1/10)、无污点(拍摄高亮度的物体时,监控画面不出现白色的竖线)、制造简便,CMOS图像传感器就可发挥出优于CCD图像传感器的低照度性能。

  镜头采用通光量大的镜头:镜头F值的不同,光透过镜头进入到CCD的量就会有差别,F值越小,其进光量就越多。比如,在相同的焦距下,F1.0与F10相比,镜头进光量相差100倍。为提高摄像机的感光度,应尽量选取通光量大的镜头。

  从电路及提高图像处理能力着手

  DPS技术DPS是在数字图像传感器的每一个像素上集成了一个模拟数字转换器(ADC),并对捕捉到光信号时直接转换为数字信号,降低了噪音和衰减。

  DSP技术由微处理器对系统的状态进行检测与控制,提高图像显示的稳定性、可靠性和一致性。摄像机体积也大为缩小。

  彩转黑采用红外滤光片和切换电路或者采用电子电路来进行彩色/黑白转换;

  数字降噪数字降噪技术可以较好地改善图像的洁净度和清晰度,从而提升低照成像效果,采用自适应数字降噪技术(DNR),将2D-DNR与3D-DNR结合,在多种条件下,都可很好地降噪。

  帧累积通过电荷单帧累积方式增加CCD在单帧图像的曝光量,从而提高摄像机对单帧图像的灵敏度,此类摄像机又称为(画面)累积型摄像机。

  电路设计专门的低照度电路。

  双滤光片技术采用步进电机驱动的双滤光片设计,实现彩色和黑白模式下的的自动切换。

  如果进一步压缩上述涉及的产业节点,可以看到:实现夜视环境下的的监控,涉及到的因素和技术很多,有硬件,有软件,有成本问题,最主要是各方面的平衡,具体列举如下:

  低照度摄像机成像效果及相关技术点

  目前监控厂家使用的CCD多为日本索尼(Sony)与夏普(Sharp)。据了解,Sony的CCD在表面增加了彩色补光滤光片,颜色构成由RGB升级成更为精细的CMYK色系,另外还将各个微型镜头底部的角度扩大,以增加通光量,提高亮度,在光线较暗时,其噪点也较小。因此,索尼的CCD在监控市场上占据绝对数量。

  除选用合适技术的CCD外,CCD的面积也与低照度摄像机的视频效果有较大关系。CCD单位面积越大,可感受到的光也就越多,但相应成本也会增加。目前监控市场上多使用的1/4″、1/3″与1/2″的CCD,其中1/3″CCD最为普遍,而1/2″CCD由于其感光面积较大,较适用于环境照度较低、补光条件较差,而监控要求较高的应用,如道路监控、森林防火监控等。

  DSP芯片:做好后端处理工作

  在摄像机中,好的CCD固然重要,但后端的DSP芯片(数字信号处理)也起着不可或缺的作用,其将前端CCD采集到的视频信号进行处理,转换为视频图像输出。DSP芯片将后端的降噪处理、宽动态、低照度等功能都集成在其中。

  不少进口品牌公司新推出的DSP芯片,很多都是集宽动态、低照度等多种功能于一身,并拥有数字降噪、暗区补偿等软性功能,色彩还原性和亮度等方面都有很大的提升,并采用自适应数字降噪技术(DNR),将2D-DNR与3D-DNR结合,在多种条件下,都可很好地降噪。

  有的芯片将画面帧累积处理的效果提高,使获得较好的视频画面。另外还有的芯片具备的CCD电荷单增,可提高灵敏度,增强图像的视频清晰度。同时对于图像出现的噪点,不少厂家也进行一些处理以便减少噪点,如采用帧累积技术,或添加双滤光片,以及数字降噪技术等。

  有的厂家和技术人员可能对技术整合对产业影响和产品提升的巨大作用持不同的观点,认为可能并没有这么重要,我个人的观点恰恰相反。个人认为,就低照度摄像机产业来说,抛开价格和市场因素,用户的需求和产品追求的技术指标是高度一致的:那就是低照度情况下的显示效果。


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