寬動(dòng)態(tài)監(jiān)控?cái)z像機(jī)CCD/CMOS-DSP解析

寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)到現(xiàn)在為止，究竟經(jīng)歷了幾代，沒(méi)能講得清楚。就技術(shù)而言，不算背光補(bǔ)償技術(shù)，寬動(dòng)態(tài)現(xiàn)有二種重要實(shí)現(xiàn)方式：CCD+DSP技術(shù)和CMOS+DPS技術(shù)。

CCD+DSP技術(shù)：

DSP芯片是一種特殊的微處理器，根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理理論的數(shù)學(xué)模型和算法，設(shè)計(jì)出專(zhuān)門(mén)的數(shù)字信號(hào)微處理器芯片。計(jì)算程序全部“硬化”，數(shù)字濾波器所需要的其他設(shè)備也全部集成、硬化，比如加法器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入/輸出接口，甚至其他類(lèi)型的外部設(shè)備等。許多在模擬信號(hào)處理器中無(wú)法進(jìn)行的工作，都可以在數(shù)字處理中進(jìn)行，如二維數(shù)字濾波、數(shù)字動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)、數(shù)字背景光補(bǔ)償、膚色輪廓校正、細(xì)節(jié)補(bǔ)償頻率調(diào)節(jié)、準(zhǔn)確的彩色矩陣、精確的校正、自動(dòng)聚焦等。

超級(jí)寬動(dòng)態(tài)技術(shù)常使用雙速CCD配合DSP的處理方式。這種雙曝光(或雙快門(mén))技術(shù)的核心是針對(duì)明暗反差較大的場(chǎng)景，攝像機(jī)先對(duì)明亮區(qū)域進(jìn)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(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器中;然后再對(duì)場(chǎng)景中暗部區(qū)域進(jìn)行一次慢速曝光，得到一幅暗部區(qū)域畫(huà)面清晰的圖像也存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)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(dāng)中亮度適當(dāng)?shù)牟糠址謩e切割下來(lái)，最后進(jìn)行疊加合成并輸出一幅明暗區(qū)域都清晰可見(jiàn)的圖像。這樣就能避免亮部曝光過(guò)度和暗部曝光不足的問(wèn)題，從而使整個(gè)畫(huà)面都清晰可見(jiàn)，以實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)的處理效果。但如果采用不同DSP

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

CMOS+DPS技術(shù)

美國(guó)Pixim公司在斯坦福大學(xué)20世紀(jì)90年代技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上研發(fā)了一種基于CMOS技術(shù)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(guò)其超強(qiáng)的寬動(dòng)態(tài)功能來(lái)獲得高質(zhì)量的圖片。寬動(dòng)態(tài)功能劃時(shí)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(dá)到比CCD更真實(shí)、更清晰的圖像。在寬動(dòng)態(tài)處理上，DPS采用的是每一個(gè)像素單獨(dú)曝光和ARM7控制技術(shù)，相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動(dòng)態(tài)范圍。從數(shù)值上來(lái)說(shuō)，采用DPS技術(shù)的CMOS攝像機(jī)就目前的處理技術(shù)，其動(dòng)態(tài)范圍即可到達(dá)95dB，甚至可至120dB。在擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)，DPS也解決了CCD傳感器在處理動(dòng)態(tài)范圍和色彩真實(shí)性上的不足，其色彩還原性更加真實(shí)，能夠滿(mǎn)足應(yīng)用的要求。使用這種技術(shù)的攝像機(jī)在數(shù)字圖像傳感器里每一個(gè)像素中都使用了一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，在捕捉到光信號(hào)時(shí)直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最大程度地降低了信號(hào)在排列中的衰減和干擾。

DPS技術(shù)體現(xiàn)的寬動(dòng)態(tài)功能劃時(shí)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(dá)到比CCD更真實(shí)、更清晰的圖像。由于DPS采用的單一像素曝光和ARM7控制技術(shù)，所以相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動(dòng)態(tài)范圍。又由于DPS的每個(gè)像素單獨(dú)處理技術(shù)，也解決了CCD傳感器在處理動(dòng)態(tài)范圍時(shí)帶來(lái)的色彩還原性不足等問(wèn)題。

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

對(duì)比CCD寬動(dòng)態(tài)技術(shù)，艾普視達(dá)的市場(chǎng)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(jī)的寬動(dòng)態(tài)范圍最多也只有66dB，而CMOS寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)據(jù)悉其動(dòng)態(tài)范圍已能達(dá)到120dB以上，在未來(lái)CMOS寬動(dòng)態(tài)技術(shù)將有更大的發(fā)展空間。”

結(jié)語(yǔ)：

作為一種非常實(shí)用的寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)，在技術(shù)層面的發(fā)展必然會(huì)精益求精。總之，唯有寬動(dòng)態(tài)技術(shù)自身的不斷提升，才能被更多的使用者接受，從而走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。