DPS 新技术摄像机在金融系统的应用案例

    多年来金融行业一直是重点安全防范单位。它作为当今社会货币的主要流通场所、国家经济运作的重要环节，以其独特的功能和先进的技术广泛服务于国内各行各业中，其业务涉及大量的现金、有价证券及贵重物品。同时它也一直是各种犯罪分子关注的焦点。在金融行业，盗窃与反盗窃、抢劫与反抢劫、诈骗与反诈骗、贪污与反贪污随着银行业的发展也同步发展，犯罪活动日趋上升，犯罪手段和方式也逐渐多样化、暴力化、智能化。全球金融行业迫切需要安防新技术以保障日益增加的安全方面的需求，这也推动了全球知名的监控产品制造商对新技术的研发和应用。

    在金融行业安全防范方面，监控系统是最重要的部分，监控摄像机就是监控系统的眼睛，因此在选择时应该考虑几个因素：

    ①根据具体应用环境和监控目标选择参数指标能满足监控需求的摄像机，确保在监控时段内监控画面的色彩真实还原、图像高清晰度、适应强光线变化的宽动态范围，这样后端设备才能高质量的记录和重现监控现场的画面，可为突发事件提供有用的佐证。

    ②产品的高可靠性，产品应该适应各种复杂的环境变化。如遇特殊或意外事件引起的震动冲击、温度湿度巨变、强烈光线变化等对摄像机正常工作的影响；如摄像机在使用一段时间后画质和色彩变坏，将严重影响监视和记录效果；如摄像机经常出现故障，将可能遗漏重要的监控画面，同时增加维护费用。

    ③尽量减少使用需要人为操控的摄像机。因为在日常使用中，监控人员要监看很多画面，正常监看画面都会错过很多有用画面。应该多利用机器的智能侦测和分析功能给监控人员提供有价值的信息。

    在近几年，银行监控系统经常出现令人头疼的一些问题，那就是一年四季每天不同的时间段经常出现强烈逆光、光线明暗变化大，图像明亮部分和暗的部分不能像人类眼睛那样同时看清，在强逆光时图像大部分信息遗漏。对于这些问题，全球知名摄像机制造商开始推出宽动态摄像机来解决问题。CCD摄像机已经发展了几十年，CCD宽动态技术也已经发展到第三代，并取得了很好的宽动态效果。另一种宽动态技术是DPS，这是一种全新的、革命性的成像技术，尽管它刚刚应用几年，但其先进的原理、良好宽动态效果已经让人们惊喜，同时对这种技术的发展有着美好的憧憬。

    PIXIM DPS技术

    Pixim DPS 成像技术已经被越来越多的摄像机制造商采用，它是继CCD成像器件之后应用最多的新技术成像传感器件。CCD成像技术是在上世纪60年代开始应用，它从青春期走到成熟期，它的基本原理使它无法取得重大的技术突破。Pixim DPS 成像技术刚刚出世就以超级宽动态性能被众多知名摄像机制造商接受，他在原理上要比CCD先进得多，尽管他现在还很年轻，不能叱咤风云，但未来是属于他的。DPS技术商业化后，芯片组从D1000、D1500、D2000到D2500，图像清晰度从480线提升到540线，最低照度从1.0Lux/F1.2,到0.5Lux/F1.4，典型宽动态从95dB 到102dB。 DPS 技术宽动态范围能达到120dB ，而目前CCD摄像机的宽动态范围最大的是54dB。 尽管年轻的DPS 技术在某些方面还不如CCD技术那样成熟，只能推出几种芯片组，但DPS摄像机在与基本参数接近的CCD摄像相比，其宽动态性能是绝对优秀的。

    Pixim公司开发研制出一种优于传统CCD的有专利的DPS成像技术，它标志着图像技术在基础原理上的突破。DPS技术由美国斯坦福大学电子工程学教授Abbas el Gamal与其带领的博士研究生David Yang于1993年开发而成，于1999年创立的Pixim公司。自此以后,Pixim公司对DPS概念和技术申请了56项专利 ，其中42项已经生效。

      DPS图像捕捉和处理

    在像素刚开始曝光的最早期的可能时间点，DPS技术使得每幅图片中的像素的光能转换成数字信号。一个模拟量转换到数字量的转换器（ADC），被设计到每个像素中，并与传感器中每个像素的ADC同时进行操作。这个像素的ADC构造允许使用很多并联低速电路，在接近于光电二极管信号产生的地方运行，这对优化每一个像素里的信噪比比率至关重要。

    DPS系统每一个像素里使用单独的ADC，完成在每个像素里非破坏性又相互关联的双倍取样。在每一次图像捕捉期间，DPS使用这个性能在每个像素里对不断增强的光的强度进行多次抽样。这就使得每个像素的曝光水平将由收集到的电荷的变化率来决定，而不是仅由它的绝对量决定。每个像素同样拥有可调整的取消偏移量放大器，以确保通过传感器队列做出一致的反应。这些创新减少了由于在APS上纵向排列不同值ADC引起的固定模式的噪音。

    DPS传感器是数字的，因此像素读取更快而且更准确。每个数字图像取样被捕捉到芯片RAM上。由紧密连接的局部存储器提供的高带宽被用于取得超级宽动态范围。这个方法对于CCD或者APS传感器都是不能完成的，因为他们依赖模拟的读出电路。DPS却可以从每个像素数字取样中获得很多好处。

      DPS的宽动态范围

    宽动态范围实质上是在所有光照条件下捕捉图像细节。由于剧烈光线反射、耀眼的光照、车前灯和直接的太阳光，使监视摄像机监控画面受到动态范围的影响。通过取得非破坏性的多次取样的图像捕捉能力和高级的图像处理算法，DPS取得了很高的宽动态范围。

    当曝光发生时，每个像素依撞击每个像素光线强度的比例进行电荷积累。一个强光源对一个像素充电要比一个若光源快得多。现有的模拟技术对所有的像素使用单一曝光，在曝光结束后，摄像机在每个像素上感应到积累的全部电荷。在曝光的快结束的时候，摄像机将在每个像素里感觉到整个的聚集电荷。这就意味着一些像素（亮光）可能感光过度而其他像素（暗光）可能曝光不足。

    DPS通过以下方法解决这个局限性：使用DPS，在曝光期间，对于光线照射每一个像素采用多次取样。DPS分析出每个像素在光照射下充电速度。使用这个方法，在整个曝光期间，DPS按充电电荷增长和整体电荷积累的混合速率测量光的强度。

    特别是，DPS系统记录每个像素曝光接近饱和时所需的时间长度。曝露在强光下的像素趋近于饱和的速度远超过其它象素。DPS测定每个像素在下次抽样前是否饱和。如果一个像素将饱和，它的曝光所用的时间和它当前的电荷强度被记忆储存。

    当大家认识到整个范围内的每个独立的像素以及像素电荷改变的速率被用来成像时，很大程度上增加了动态范围以及所捕捉到的信噪比，这个方法的优点才将显现出来。其它技术只是测量了像素值，而没有涉及到变化率。

    Pixim的DPS技术使用被称为“多点采样”的技术，这个技术用于收集信息，以实现无可匹敌的图像质量和高品质动态范围。在一个单独的捕获画面（在视频中一般每秒50到60次），每个像素被独立地无破坏性地多次取样。成像系统决定最佳取样时间和在像素饱和前存储像素信息，并不再保留额外的电荷。在下面图表中，亮的像素被存储在时间轴T2，在它达到100%饱和前的最近一次抽样时间。

    暗的象素积累电荷更慢一点而且将用更多的时间直到它被取样存储在T6。每个象素捕捉到的存储信息值（强度、时间、噪波弥补）被并行处理，然后转换成高质量的图像。

      DPS摄像机的应用

    CDD摄像机的制造技术已经相当成熟，但高品质高质量摄像机还是出自一些知名的摄像机制造商。Pixim DPS摄像机依然遵循这个原则。世界著名的专业摄像机制造商日本池上公司将其在全球领先的摄像机制造技术和摄像机视频技术与Pixim DPS 成像技术相结合，在2005年10月在全球推出的DPS 宽动态摄像机ASD-A10，在欧洲和美国被广泛应用在金融行业。

    日本池上公司第一代DPS 宽动态摄像机主要技术性能如下：
    1、最低照度：1Lux/F1.4（AGC ON 50IRE），0.75Lux/F1.2（AGC ON 50IRE0.03Lux/F1.4, 0.022Lux/F1.2 (电子灵敏度提升功能：最大32倍)。

    2、WDR宽动态范围：典型值95 dB 最大值120 dB ，36调整级。    
    ISD-A10宽动态摄像机

    3、背光补偿具有4个选项，①OFF，没有背光补偿；②ON，通常全范围背光补偿；③1SPOT，1个区域背光补偿，通过设置可以选定背光补偿区域大小和位置；④2 SPOT ，2个区域背光补偿，通过设置可以选定2个背光补偿区域大小和位置。通过调整背光补偿和宽动态范围大小，使该机能在多种强光变化的场景获得最好的监控画面。

    4、GAIN增益。在选择SENS UP OFF时有5种增益模式可以选择①AGC，这种模式是初始的自动优化灵敏度和噪波电平；②HYP AGC 这种模式的灵敏度高于AGC模式，但在较高灵敏度和光线较暗时，图像有噪波点。③LOW低，这种低固定模式灵敏度低用于较亮的场景；④MID中，这种中等固定模式灵敏度介于LOW低和HIGH之间；⑤HIGH高，这种高固定模式灵敏度用于较暗场景下，保持高灵敏度。在选择SENS UP ON时有2种增益模式可以选择，①AGC；②HYP AGC。在不同的应用环境，通过调整选择最佳的增益方式。

    5、5种模SENS UP 灵敏度提升模式。①OFF，初始模式没有灵敏度提升；②S/N，信噪比模式用于拍摄移动幅度小，有亮度变化的场景；③STD，这种、标准模式可以在拍摄光线变化的场景时，抑制图像模糊和粗糙；④MOVE运动模式用于像街区或停车场等有光线变化和人物移动场景。⑤SLOW SHUTTER 慢快门电子灵敏度，有X2、X4、X8、X16、X32 五档选择。对于监控目标移动速度不高时，可以用灵敏度提升的方式来提升照度指标。

    6、4种自动白平衡调整模式。①ATW，初始设定自动调整；②ATW Ex ，当色温范围高于ATW 模式时选用，在通常的光源下，与ATW模式相比略有褪色；③AWC，这是所谓的ONE PUSH 自动白平衡模式，使用一个白色靶子作基准自动调整白平衡；④MANUAL 手动调整R红增益和B蓝增益。在确定监控场景和目标后，选择一种最佳的白平衡模式，以保证色彩最好。

    7、在色彩调整方面，将广播级技术应用到监控摄像机。①COLOR  BAR 自身带有彩条显示功能，辅助调整色彩，以保证最佳色彩；②ch rOMA色度补偿调节，用以调节图像色彩。③DETAIL 轮廓细节调整。

    我们在电视里经常看到公安机关通缉的犯罪嫌疑人在银行营业厅作案的画面，但很多细节很模糊，需要广大群众根据画面犯罪嫌疑人的简单特征提供有用的线索。为什么不能拍摄清晰的画面？

    银行营业网点一般都位于临街路边，大厅光线充足，用户接待台面向窗户，顾客则背向窗户。

    监控摄像机需要监看和记录的目标是营业员的工作过程、用户的面部细节、大厅里人员活动的细节、营业厅窗外的人、物细节及顾客从营业厅外进入营业厅及从营业厅里离开到外面等全程。金融系统营业厅一般营业时间是早9：00到晚6：00，在春、夏、秋季的营业时段内室外光线很充足，只在冬季有短暂的时间完全依赖灯光照明。在这么长的时间段，光线明暗变化明显，室内外光线反差巨大，又有照明灯光，监控摄像机又处于逆光拍摄，用普通的摄像机是不能拍摄出明暗反差大的局部细节，监控不到满意的图像。这种监控环境下，需要的不是摄像机具有多低的照度指标，而是需要摄像机具有很好的宽动态性能，很好的色彩还原和高清晰度。

    对于ATM机，很多安放在室外，它是24小时对顾客营业的，用于ATM的摄像机不仅需要更好的宽动态指标还要有足够的低照度指标。用于金融安防系统场所的监控摄像机，也应该选用宽动态摄像机，这是金融安防系统本身的特点所要求的。

    下面是普通CCD摄像机和DPS摄像机同时拍摄的珠宝店失窃的几幅图片：

    从上面的4幅图片看出，普通CCD摄像机拍摄的图片不能记录犯罪嫌疑人在实施偷窃前在室外的举动，犯罪嫌疑人进入室内后人物的局部细节模糊，偷窃过程细节不清，犯罪嫌疑人出门后，无法看清室外图像。而DPS 摄像机可以清晰地记录犯罪嫌疑人作案的全过程。

    在安防摄像机产品中广泛运用Pixim芯片的厂商包括：Ikegami,Baxall, Dallmeier Electronic, EverFocus, Tyco Fire & Security, GE Security, General Solutions,Honeywell, Pelco, Sunell, JVC, ChipER, Eagle Technology, Videor Technical, Smartvue, and Verint等国际知名摄像机制造商。在国内我们可以看到池上、景阳、PELCO等DPS 宽动态摄像机已经应用于金融行业的监控系统。不远的将来，宽动态将成为摄像机的基本功能，各种新技术的发展应用，使摄像机达到像人眼那样在各种环境下自如调节，获得高清晰度、高色彩还原度、高宽动态范围的优质画面。

      专家点评：

    Pixim的CEO Joe Montalbo说：“池上ISD-A10摄像机选用DPS技术是理想的选择，实际的主体和目标识别是很重要的，例如在银行营业部门和ATM机场所。Pixim的DPS技术采用将有助于用户损失降到最小，在刺眼和不可预料的光线条件下，拍摄出清晰图片，有助于抓捕更多的犯罪嫌疑人。”           
  
    池上美国电子公司总裁Teruo Hongo说过：“有效的监视需要一致地、准确地、实时地识别主体和目标，DPS技术使得我们的新产品ISD-A10摄像机即使在强光下也能拍摄出具有高清晰细节的低光斑图像。一般在24小时内，因为光线变化的原因，很多场所的监控摄像机没有能够全部捕捉到精确的图像。比如曝露在闪烁光、强烈的背景光、反射光、斜射光、太阳直射或者是明亮的车前灯光。为什么许多用户在新增或更换原有摄像机时都采用具有DPS技术的摄像机，是由于在实际使用环境中普遍存在光线问题。池上准备以后在更大范围内推广基于DPS芯片的摄像机。”

    用户评价：

    在世界范围，很多使用DPS宽动态摄像机的金融行业用户都给这种新技术摄像机高度评价，尤其是在欧美国家，在老监控系统更新换代时或新建扩建监控系统时，首先考虑使用宽动态摄像机。在我国几大银行在全国各地有成千上万的营业网点，其中已经有部分营业网点的监控系统使用宽动态摄像机，他们认为宽动态摄像机很好地解决了强烈外部光线变化使得监控画面丢失重要信息的问题，今后监控系统的改建扩建将着重考虑带有宽动态功能的监控摄像机。