寬動態實際是指攝影機同時可以看清楚,圖像最亮與最暗部分的照度比值。而動態範圍廣義上說是指某一變化事物可能改變的跨度,即其變化值的最低端極點,到最高端極點之間的區域,此區域的描述一般為最高點與最低點之間的差值。
寬動態攝影機技術展望
前市場上銷售的高清網路攝影機,幾乎都添加了寬動態功能,難道這只是個巧合嗎?怎麼來看待這個現象呢?如果高清攝影機的 CCD 只能對明亮柔和的環境高清,而對高對比的環境看不清楚,就只能算是假的高清了。
前市場上銷售的高清網路攝影機,幾乎都添加了寬動態功能,難道這只是個巧合嗎?怎麼來看待這個現象呢?如果高清攝影機的 CCD 只能對明亮柔和的環境高清,而對高對比的環境看不清楚,就只能算是假的高清了。
寬動態技術是在非常強烈的對比下,讓攝影機看到影像的特色而運用的一種技術,很好的解決了影像感測器的動態範圍,相對人眼要窄的問題。值得注意的是,雖然處於類比攝影機時代,但是卻見證了攝影機由類比時代變遷到數位時代的整個過程。尤其是當年來自美國風靡一時的 Pixim D2025P方案,將寬動態範圍一舉推到了至今都尚未落伍的256dB 水準。
去年名聲大噪的 Exmo 背照式 CMOS 集成了多次曝光寬動態技術,和可視性增強 (VE)技術,一般來說寬動態打開後靈敏度是會降低的,但通過開啟這個功能,不僅寬動態範圍超過 120dB,達到超寬動態的驚人效果,而且相比傳統寬動態靈敏度提升了 2 倍,同時對比度也增加 4 倍,使圖像效果在低光和明暗對比強烈的環境中,得到極大增強和改善。
IP Camera 要廣泛應用,必須做到品種豐富,有低照度、紅外、高速球、背光補償、寬動態等等,系列齊全才能更好地應用到實際工程中。如果高清攝影機廠家品種少,會極大的阻礙高清監控的應用,因此寬動態高清 IP Camera 的必須性很大。
由於自然光線的排列,是從 120000 Lux 到星光夜裡的 0.00035 Lux,室內照度為 100 Lux,而外面風景的照度可能是 10000 Lux,因此當攝影機從室內看窗戶外面,兩者對比就是 10000/100 = 100∶1。這個對比人眼能很容易地看到,因為人眼能處理 1000∶1的對比度,但傳統的安防監控攝影機則不行,因為它只有 3∶1 的對比性能。
因此,在出現明暗反差較大,或逆光的場景,應用安防監控攝影機時,會使整個圖像中明亮的區域曝光過度、較暗的區域曝光不足,而看不清圖像最亮與最暗部分。如在銀行、重要場所出入口等。因為從窗外射入的強光,和從天花板上的螢光燈照射的柔和光線,都可能對當時室內外景象的捕獲造成困難,不能同時將反差很大的室內外場景清晰地拍攝下來。
其所拍攝圖像會出現背景過亮、前景過暗;或背景清晰、前景過暗,及前景適合、背景過亮的情況。最早的解決方法,一般會採用背光補償技術,或在室內外架設兩台攝影機來適應較大的光線反差,但效果不理想。擴展動態範圍的技術隨之應運而生,即現今所說的寬動態 WDR (Wide Dynamic Range) 技術。
CCD 寬動態技術是採用特殊 DSP (數位信號處理)電路,對明亮部分進行最合適的快門速度曝光,其後再對暗的部分,用最合適的快門速度曝光,然後將兩個圖像進行 DSP 處理重新組合,使明亮的部分和黑暗的部分皆可看清。這種160倍動態範圍技術雖具有大的寬動態,實現圖像灰度的優化等優點,但其對DSP性能(特別是處理速度)要求很高。目前,由於 CCD 的特性限制,即便採用多次曝光取樣方式,攝影機的寬動態範圍也只能到 66dB。
寬動態攝影機應用領域
寬動態範圍技術在攝影機系統中的運用,使黑暗區域可以變得明亮一些,使場景中明亮區域變的更加柔和,改變了視覺效果,提供出有用的可識別的圖像。寬動態攝影機一般採用專用的 DSP 電路,它首先對明亮區域的被拍攝物體,用最合適的快門速度進行曝光,然後再對陰暗區域的被拍攝物體,用最適合的快門速度進行曝光,最後將兩個圖像用 DSP 數位信號處理晶片,將捕捉到的兩幅圖像重新組合在一張圖像上,使其擴大了可能處理的動態範圍,使得明亮區域的被拍攝物體,和陰暗區域的被攝物體都可以看得很清楚。
目前寬動態攝影機被廣泛應用在各個領域。例如,體育場館出入口、娛樂場所、停車場出入口、銀行金融領域、交通港等公共場所要點,一般對攝影機的動態範圍、照度、色彩還原度要求十分苛刻。因為在需要取證的關鍵時刻,如果因影像採集設備技術條件受限,導致對嫌疑物件無法辨識,這對整套監控系統的使用意義來說將是致命的。
金融:應用在銀行的寬動態攝影機,主要安裝在銀行的櫃檯和大門口,由於銀行本身監控的特殊性,其櫃檯和大門如果採用普通攝影機,會常常看不清顧客面貌特徵,如果打開 BLC 功能,又會對員工的操作看不清,使用寬動態攝影機,則解決了這一前後無法兼顧的矛盾。同時,由於銀行對色彩的還原能力和清晰度的要求都比較高,所以具有高清特性,和色彩還原度較好的寬動態攝影機,更受金融行業客戶的歡迎。
高速公路收費系統:目前低照度、寬動態攝影機,用於道路監控的重點是高速公路收費監控系統,主要是對收費站車道的收費情況進行監視,對收費車道通過的車輛類型、收費員的操作過程,以及收費過程中的突發事件,和特殊事件進行觀察和記錄,以實施有效的監督。尤其是在晚上,收費站工作人員需要看清車牌,而一般情況下,車燈打開後,路上的環境照度,與車牌的照度形成了一定的動態範圍,傳統攝影機難以看清,所以對低照度、寬動態攝影機有了需求。
出入口:應用在出入口的寬動態攝影機,主要是針對在各種重要辦公大樓、工廠的大門出入口、樓道出入口、大廳出入口等,經常是室外在強烈陽光照射下,而室內光線恒定、並照度較低,光線反差很大,造成從室外走進室內的人員面部細節黑暗,看不清。具有寬動態功能的攝影機,可以很好解決室內和室外光線反差過大的問題境,使目標和背景都可以清晰呈現。
在寬動態攝影機的選擇方面,主要還是應根據實際的保全監控級別的需要,選用不同動態範圍的高清寬動態攝影機,沒有必要一味追求高寬動態。須知動態範圍越高,所產生的圖像雜訊也會越大。如金融銀行 ATM 出入口這類場所,因其保全級別較高,必須要看清人的面部特徵,這類場所就可以選用動態範圍較高的高清網路攝影機;而一般的停車場出入口,高速公路匝道則可以選擇動態範圍略低的攝影機,其更偏向於選擇低照度攝影機。
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