寬動態(tài)監(jiān)控攝像機CCD/CMOS－DSP解析

寬動態(tài)攝像機到現(xiàn)在為止，究竟經(jīng)歷了幾代，沒能講得清楚。就技術而言，不算背光補償技術，寬動態(tài)現(xiàn)有二種重要實現(xiàn)方式：CCD+DSP技術和CMOS+DPS技術。

CCD+DSP技術：

DSP芯片是一種特殊的微處理器，根據(jù)數(shù)字信號處理理論的數(shù)學模型和算法，設計出專門的數(shù)字信號微處理器芯片。計算程序全部“硬化”，數(shù)字濾波器所需要的其他設備也全部集成、硬化，比如加法器、存儲器、控制器、輸入/輸出接口，甚至其他類型的外部設備等。許多在模擬信號處理器中無法進行的工作，都可以在數(shù)字處理中進行，如二維數(shù)字濾波、數(shù)字動態(tài)圖像檢測、數(shù)字背景光補償、膚色輪廓校正、細節(jié)補償頻率調(diào)節(jié)、準確的彩色矩陣、精確的校正、自動聚焦等。

超級寬動態(tài)技術常使用雙速CCD配合DSP的處理方式。這種雙曝光(或雙快門)技術的核心是針對明暗反差較大的場景，攝像機先對明亮區(qū)域進行一次快速曝光，得到一幅亮部區(qū)域清晰正常的圖像并存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中;然后再對場景中暗部區(qū)域進行一次慢速曝光，得到一幅暗部區(qū)域畫面清晰的圖像也存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中。以上曝光完畢后，利用DSP特有的圖像處理算法，將兩幅圖像當中亮度適當?shù)牟糠址謩e切割下來，最后進行疊加合成并輸出一幅明暗區(qū)域都清晰可見的圖像。這樣就能避免亮部曝光過度和暗部曝光不足的問題，從而使整個畫面都清晰可見，以實現(xiàn)寬動態(tài)的處理效果。但如果采用不同DSP

芯片，在具體細節(jié)上還是有明顯差別，比如對靈敏度、色還原度、白平衡等的處理。

CMOS+DPS技術

美國Pixim公司在斯坦福大學20世紀90年代技術發(fā)展基礎上研發(fā)了一種基于CMOS技術的新型的圖像拾取系統(tǒng)——DPS(數(shù)字像素處理系統(tǒng))，此系統(tǒng)可以通過其超強的寬動態(tài)功能來獲得高質(zhì)量的圖片。寬動態(tài)功能劃時代地提升了一幅圖像中亮和暗區(qū)域的影像拍攝效果，可以達到比CCD更真實、更清晰的圖像。在寬動態(tài)處理上，DPS采用的是每一個像素單獨曝光和ARM7控制技術，相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動態(tài)范圍。從數(shù)值上來說，采用DPS技術的CMOS攝像機就目前的處理技術，其動態(tài)范圍即可到達95dB，甚至可至120dB。在擴大動態(tài)范圍的同時，DPS也解決了CCD傳感器在處理動態(tài)范圍和色彩真實性上的不足，其色彩還原性更加真實，能夠滿足應用的要求。使用這種技術的攝像機在數(shù)字圖像傳感器里每一個像素中都使用了一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，在捕捉到光信號時直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最大程度地降低了信號在排列中的衰減和干擾。


DPS技術體現(xiàn)的寬動態(tài)功能劃時代地提升了一幅圖像中亮和暗區(qū)域的影像拍攝效果，可以達到比CCD更真實、更清晰的圖像。由于DPS采用的單一像素曝光和ARM7控制技術，所以相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動態(tài)范圍。又由于DPS的每個像素單獨處理技術，也解決了CCD傳感器在處理動態(tài)范圍時帶來的色彩還原性不足等問題。

但也需要指出，由于DPS是基于每個像素單獨處理的技術，因其每個像素都包含一套完整的處理電路，從而也大大減小了每個像素的感光面積，即感光量減少，其結果是基于CMOS和DPS技術的攝像機，其靈敏度是有顯著影響的，或說不甚滿意。

對比CCD寬動態(tài)技術，艾普視達的市場部經(jīng)理范清華表示：“值得注意的是，由于CCD的固有特性，即便是采用多次曝光方式，CCD攝像機的寬動態(tài)范圍最多也只有66dB，而CMOS寬動態(tài)攝像機據(jù)悉其動態(tài)范圍已能達到120dB以上，在未來CMOS寬動態(tài)技術將有更大的發(fā)展空間。”

結語：

作為一種非常實用的寬動態(tài)攝像機，在技術層面的發(fā)展必然會精益求精。總之，唯有寬動態(tài)技術自身的不斷提升，才能被更多的使用者接受，從而走進千家萬戶。