安防知识:专家告诉你什么是宽动态技术



宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄影机看到影像的特色而运用的一种技术。 当在强光源(日光、灯具或反光等)照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在影像中同时存在时，摄影机输出的影像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响影像质量。摄影机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围Dynamic Range”。

　　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，在谈及摄影机产品的拍摄影像指针时，一般的“动态范围”是指摄影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。

　　实现WDR方式现有二种方式：

　　1. CCD+DSP技术

　　DSP芯片是一种特殊的微处理器，根据数字信号处理理论的数学模型和算法，设计出专门的数字信号微处理器芯片。计算程序全部“硬化”，数字滤波器所需要的其他设备也全部集成、硬化，比如加法器、存储器、控制器、输入/输出接口，甚至其他类型的外部设备等。许多在模拟信号处理器中无法进行的工作，都可以在数字处理中进行，如二维数字滤波、数字动态影像检测、数字背景光补偿、肤色轮廓校正、细节补偿频率调节、准确的彩色矩阵、精确的校正、自动聚焦等。

　　二次拍摄曝光原理

　　超级宽动态技术常使用双速CCD配合DSP的处理方式。这种双曝光(或双快门)技术的核心是针对明暗反差较大的场景，摄影机先对明亮区域进行一次快速曝光，得到一幅亮部区域清晰正常的影像并存储到数据缓冲存储器中；然后再对场景中暗部区域进行一次慢速曝光，得到一幅暗部区域画面清晰的影像也存储到数据缓冲存储器中。

以上曝光完毕后，利用DSP特有的图像处理合并运算法，将两幅影像当中亮度适当的部分分别切割下来，最后进行叠加合成并输出一幅明暗区域都清晰可见的影像。这样就能避免亮部曝光过度和暗部曝光不足的问题，从而使整个画面明区与暗区都清晰可见，以实现宽动态的处理效果。但如果采用不同品牌型式的DSP 芯片，在具体细节上就会有明显差别，比如对灵敏度、色还原度、白平衡等的处理。

　　2. CMOS+DPS(ISP)技术

　　美国Pixim公司在斯坦福大学20世纪90年代技术发展基础上研发了一种基于CMOS技术的新型的影像撷取系统——DPS(ISP数字像素处理系统)，此系统可以通过其超强的宽动态功能来获得高质量的图片。宽动态功能划时代地提升了一幅影像中亮和暗区域的影像拍摄效果，可以达到比CCD更真实、更清晰的影像。在宽动态处理上，DPS(ISP)采用的是每一个画素单独曝光和ARM CPU的控制技术，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。

从数值上来说，采用DPS(ISP)技术的CMOS摄影机就目前的处理技术，其动态范围即可到达95dB，甚至可至120dB(好笑的是，这些数值大a&s大陆的技术顾问都不认同厂商的说法)。在扩大动态范围的同时，DPS也解决了CCD传感器在处理动态范围和色彩真实性上的不足，其色彩还原性更加真实，能够满足应用的要求。使用这种技术的摄影机在数字影像传感器里每一个画素中都使用了一个模拟数字转换器(ADC)，在捕捉到光信号时直接转化为数字信号，最大程度地降低了信号在排列中的衰减和干扰(CMOS最大特点)。

　　宽动态计算技术知识

　　宽动态范围dB值是影像能分辨最亮的亮度信号值与能分辨的最暗的亮光信号值的比值。宽动态的表现方式以“倍数”或“dB”来表示，在以100IRE为标准时，换算公式：N dB=20log(V2/V1)。普通摄影机(称V1)的宽动态值为10dB ，如宽动态为48 dB ，与普通摄影机之间的差为38 dB，V2/V1=80，说明与普通摄影机宽动态差为80倍。

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