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DPS与CCD的宽动态功能技术解析

时间:2011-01-18 00:00:00  来源:互联网  编辑:互联网

  宽动态的发展历史
  CCD成像器件在上世纪60年代初开始应用,现在技术发展的已经非常成熟。从数码相机、监控摄像机到专业广播级摄像机大部分在使用CCD。但在广播级摄像机世界排名首位的池上企业新推出的广播级高清硬磁盘摄录一体机是采用2/3英寸3CMOS成像的,各项指标都不低于CCD摄像机。在监控行业一直是CCD摄像机的天下,但近两年DPS成像技术的宽动态摄像机渐渐进入人们的视线。从原理上讲,CCD宽动态摄像机是采用2次曝光技术进行DPS处理,而DPS(DigitalPixelSystem)数字成像系统,是每个像素点将光信号直接转换数字信号,每个像素点根据射入光线的亮度计算曝光时间,它的宽动态范围可以达到120dB。从原理上讲DPS技术更先进,它能像人的眼睛所具有的宽动态调节功能。虽然它刚刚投入商业运作才两三年,芯片组从D1000、D1500、D2000到D2500几种,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/F1.2,但已经在宽动态方面显示出优异的性能。由于CCD在原理上的局限性,在宽动态技术上不可能有很大的发展,而DPS技术还处于年轻的发展期,因此在宽动态摄像机的照度上,还达不到很好的指标,在光线很强的白天,宽动态效果很好,在光线较暗的时候,宽动态效果不明显。但随着DPS技术的发展,它的全项指标将赶超CCD,将逐渐接近人眼的自动调节功能,而宽动态功能也将成为摄像机必备的基本功能。
  其优势在哪,缺点在哪?
  那宽动态的优缺点在哪里呢?大家先从宽动态的概念来认识它.
  什么叫宽动态?简单地说宽动态就是场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚。宽动态范围是图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:NdB=20log(V2/V1)。普通摄像机(称V1)的宽动态值为10dB,如宽动态为48dB,与普通摄像机之间的差为38dB,V2/V1=80,说明与普通摄像机宽动态差为80倍,松下第三代宽动态摄像机是54dB,V2/V1=160倍。
  池上ISD-A10摄像机典型动态范围95dB,V2/V1=17782倍,最大宽动态范围120dB,V2/V1=316227倍。
  从“倍数”上看,采用PiximDPS技术的摄像机,宽动态范围要比CCD宽动态范围有极大的提高。
  对于DPS技术,每个像素对应的光线都可以优化曝光,每一帧数据读取时间只需0.8毫秒(传统CCD技术则需数十毫秒),这样系统可以对每个像素进行多次单独采样;而成像系统控制着每个像素的最佳采样时间,在每个像素达到最佳状态时存储像素信息。在所有像素被采集后,系统再对其进行处理,最终形成高质量的图像。即使在最苛刻的光照条件下,也可捕捉到清晰、逼真的图像,再也不会因为阴影、眩光、反射和太阳光而使图像发暗或被破坏。


  DPS摄像机工作原理图


  采用传统CCD图像传感器的摄像机在采集一幅图像的过程中只对整个图像采样一次,必然会出现对整个图像中明亮的区域过度曝光,或较暗的区域欠曝光的现象。CCD宽动态技术是采用特殊DSP(数字信号处理)电路,对明亮部分进行最合适的快门速度曝光,然后再对暗的部分用最合适的快门速度曝光,然后将两个图像进行DSP处理重新组合,使明亮的部分和暗的部分可以看得清楚。由于CCD的感光特性所限制,在技术上很难在有重大突破,有的CMOS技术已经达到160dB,可以说未来的监控摄像机属于宽动态摄像机,宽动态技术属于CMOS。
  虽然DPS宽动态技术比CCD有更大范围.其完全不同的明音处理方式是CCD所无法达到的.可是DPS宽动态技术是基于CMOS图像成像器件,其最大的缺点就是照度不是很低,只要是在光线偏暗的环境就能出现明显的噪点.让使用者难以看到阳光充足时的完美图片了.而CCD在这方面却比CMOS要表现优秀,可是CCD由于是采用双速成像的原理.其处理后的画质远比不上DPS技术宽动效果来得逼真.其实CCD宽动态功能实际上是一种背光补偿的升级版.在提高前景亮度时背景甚至整个画面的亮度也就不可必免的也变亮了.所以在实际应用中,对于有宽动态的功能的针孔摄像机对这种受这种因素的影响非常大,而安装人员往往只能通过另调安装角度尽量避开强光的干扰.所以宽动态技术也并不能完全解决大家使用中所遇到的所有背光情况.

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