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目前海康威视已经推出了基于SONY最新超宽动态CCDSensor的系列摄像机,能达到160X的宽动态效果,在亮暗对比强烈的场景下都能达到很好的监看效果,满足了实际使用环境的要求。
CCD、CMOS摄像机拓展宽动态范围的方法
目前,CCD摄像机扩展动态范围的方法有输出信号伽马修正方法、对数压缩放大方法、单帧图像两次取样方法、单帧图像多次取样方法四种。在安防监控领域中,一般多采用单帧图像两次或五次取样方法,尤其多用两次曝光取样的方法。下面介绍一下这种曝光取样方法的原理。
所谓“单帧图像两次取样方法”或说“两次合成电子快门”。其典型特征是基于中速感光器件及高速DSP的两次取样曝光机图像分割合成技术。其工作过程如下:
首先利用成像器件CCD对较暗的景物取得争取的曝光(如用1/50s快门),将得到第一帧图像存储到数据缓冲存储器中。
其次,利用高速数字信号处理器DSP对送来的图像数据进行分析,如图像中较暗的部分曝光正常,而有部分曝光过度的区域(即高亮度区域),就要对其进行亮度评估。
第三,根据亮度评估结果,再采用高速快门进行曝光(如1/2000s快门),并将第2次拍摄的图像也存储到数据缓冲存储器中,如此即同时取得两张明暗两区均为正确的影像。
最后,再利用高速DSP并通过其中嵌入的特有的图像处理方法,将两影像在DPS中高速运算相加,即可两幅图像中亮度适当的部分分别切割下来,然后在一帧新的图像中合成起来,就可以标准制式实时输出亮暗动态范围很宽的图像,例如:室内人物照度为10Lux,而室外景物为1000Lux,此时CCD摄像机可采用1/60秒的速度对室内景物取得正确曝光,再用1/6000秒对室外的景物取得正确的曝光,然后将两张图像结合即成为比较完美的图像。
但是,一般CCD摄像机并不具有这种双曝光的功能,这是因为一般的通用电路芯片不能实现这样高速运算,而高速DSP,就具有200K个高速运算门电路的运算速度,同事解决了双曝光的两图像的分别记忆储存,紧接着即可合成计算的功能,合成处理后再按标准制式实时输出视频图像信号。
显然,如果再根据图像的最暗区域至最亮区域的中间过度范围的整体评估,再对图像进行三次中间层次的曝光,这样就得到三帧针对过度范围内亮度不同的曝光图像。然后通过特有的图像识别算法,将上述5幅图像当中亮度适当的部分分别切割下来,再在一帧新的图像中合成起来,就会完成并最终输出比仅有2次曝光取样更加满意的图像。
尽管款动态CCD摄像机与传统CCD摄像机相比,在技术上有了一次突破,现在已发展到第三代CCD宽动态摄像机,宽动态范围也达到了160倍,或说54db。而采用五次采样方式,CCD宽动态摄像机的动态范围最多也只能达到66db。而现在已推出的CMOS宽动态摄像机,其宽动态范围已能达到120db。
CMOS宽动态摄像机扩展动态范围的方法有:双斜率输出模式、对数输出模式、伽马校正输出模式、线性-对数输出模式与CMOS-DSP数字像素式等。下面就简要的介绍一下CMOS-DSP数字像素式的CMOS摄像机扩展范围的原理。
CMOS-DSP是继CMOS-PPS与CMOS-APS之后的第三代CMOS宽动态摄像机。所谓DSP,即数字像素系统,CMOS-DPS摄像机就是数字像素系统的摄像机。传统的CCD和CMOS摄像机传感器都是为每一列或每一行像素点配备一个模拟转换器(A/D),每个像素点的输出都是模拟光信号,存在着噪声大和输出时间长等缺点。而DSP是在图像传感器的每一个像素点上包含了一个10位A/D转换器,即在CMOS摄像机图像传感器上的有源像素捕捉到光信号时,直接将其放大并转换为数字信号,从而可将阵列上的信号退化和串扰降到最小,并允许采用更好的降噪办法,一旦数据以数字格式捕获,就可以采用各种数字信号处理技术来真正重现图像。显然,DSP技术中的图像传感器和图像处理器是全数字式的,并采用32位ARMCPU精确控制每个像素,使每个像素独立完成采样和曝光,并直接转换成数字信号,是目前市面上唯一的,真正的全数字图像处理系统。
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