宽动态技术让视频监控摄像机如虎添翼

    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。