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宽动态技术还能“宽”多少

宽动态摄像机技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术,标准宽动态通常叫做multiple exposure WDR,也就是我们常说的多重曝光宽动态;这种宽动态技术依赖于Sensor(传感器)特性的支持。
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  文/ 焦成平 北京蓝色星际软件技术发展有限公司

  何谓宽动态摄像机(宽动态摄像机的技术优势分析)

  WDR这个单词在摄像机的参数中我们经常能够见到,WDR是Wide Dynamic Range(宽动态范围)的缩写。

  什么是动态范围?

  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,此区域的描述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能力,具体指亮度(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0.00035Lux。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,对比就是10000/100=100 : 1。这个对比使人眼能很容易地看到,因为人眼能处理1000 : 1的对比度。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的对比性能,它只能选择使用1/60 秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光,但是室外的影像会被清除掉(全白);或者换种方法,摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光,但是室内的 影像会被清除(全黑)。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。

  从安防的模拟时代,就有“宽动态摄像机”这种说法,那么到底什么叫宽动态摄像机呢?

  宽动态摄像机技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。在一些明暗反差过大的场合,一般的摄像机由于CCD/CMOS的感光特性及曝光算法所限制,摄取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。

  也是从模拟时代,宽动态技术就被分成了2种叫法,一种叫做数字宽动态,一种叫宽动态。这两种主要的区别就是宽动态的实现方式不同,一种为软件实现,一种是通过硬件+软件的方式实现。

  数字宽动态是目前的网络摄像机中普遍都支持的功能。简单的说,数字宽动态的实现不需要依赖传感器的特性,完全是由软件曝光算法实现。但是,数字宽动态只能够通过软件算法提升整体画面中暗区的亮度,无法把亮区进行有效的抑制。

  标准宽动态通常叫做multiple exposure WDR,也就是我们常说的多重曝光宽动态。这种宽动态技术依赖于Sensor(传感器)特性的支持。

  宽动态摄像机的发展趋势

  在早先的模拟时代,1997年松下开发出宽动态技术,并将其应用在摄像机上推向市场。随后,全球各大主要摄像机生产厂商也相应推出了带有自己宽动态技术的摄像机。一时之间,宽动态技术在这几年飞速发展,摄像机的动态范围也在不断扩大,也出现了以双速CCD+DSP、普通CCD+双速快门等技术。

  之后的宽动态摄像机一般都采用专用的DSP电路。它首先对明亮区域的被摄物体用最合适的快门速度进行曝光,然后再对阴暗区域的被摄物体用最适合的快门速度进行曝光,最后将两个图像用DSP数字信号处理,将捕捉到的两幅图像重新组合在一张图像上,使其扩大了可能处理的动态范围,使得明亮区域的被摄物体和阴暗区域的被摄物体都可以看得很清楚。

  随着摄像机进入IP时代后,宽动态摄像机普遍采用的是multiple exposure-type WDR技术,也就是多重曝光宽动态。

  现在更加先进的宽动态技术也已经问世,传感器厂商称之为DOL(Digital Overlap)WDR,即数字叠加型宽动态技术。这种宽动态技术相比原有的多重曝光宽动态技术,能够有效的提升低照下的宽动态表现。

  宽动态摄像机涉及到的最新技术发展现状及存在的问题

  宽动态成像的另一个局限性与运动现象有关。由于快门速度不同,在两张(或更多)构成合成宽动态图像的单独快照中,捕捉图像时场景中的移动部分会出现在不同的位置。这也就是我们在平时使用宽动态功能的时候,会看到画面中的移动物体周围会产生明亮的彩色轮廓。

  分析宽动态摄像机应用领域

  以往宽动态摄像机主要被应用在银行监控系统和高速公路收费站监控系统中。但是随着社会治安监控的快速发展,宽动态摄像机由于其独特的性能优势,也正被越来越多地应用于各类治安监控领域。当这些应用场所安装的摄像机无论是室内室外都会遇到光线明暗反差过大的场景,想要达到良好的监视效果,就要选用宽动态摄像机。

宽动态关闭效果

数字宽动态效果
宽动态效果

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