宽动态枪机技术应用

宽动态摄像机的一些简单调试及与具有强光抑制的普通摄像机区别概念及其对比

一:调试

什么是高清宽动态监控摄像机?所谓宽动态,就是把问题集中在解决逆光环境下所产生的问题。

先借一副普通的图来看摄像机在逆光时,因为整体入光量太大(窗外光线太强了),为避免过曝,快门速度会提高,这就导致背景(高亮度区)正常了,但主体(低亮度区)却曝光不足因此就黑掉了,如下图:

宽动态枪机技术应用

现象一:测光为整体测光,现在是高速快门,主体曝光不足,背景曝光正确,但我们主要是要看到屋内的人,窗外的景色在监控上实在不重要,怎么解决这问题?在D.S.P 内有个功能,就是能够指定测光的范围,一般定在中间1/9 区块, 或是再加上下面1/3合起来成一个凸字型,如下图:

宽动态枪机技术应用

D.S.P以这区块来测光,因为这区块内光线较暗,所以快门速度就降下来了,导致这区块内曝光是正常的,但窗外就会过曝,如下图

宽动态枪机技术应用

现象二:测光为区域测光,现在是低速快门,主体曝光正确,背景过曝。说到这里,有人会说:“这不就是背光补偿嘛!”,对! 就是背光补偿。那跟宽动态有什么关系? 所谓宽动态,就是能够兼具上面两图的优点,把主体跟背景都能曝光正常,就像下面这张图一样:

宽动态枪机技术应用

那要怎样才能达到这种效果呢?如果你有一张高快门的,再一张低快门的,就能凑出来了,把高快门那张的背景剪下来,如下图:

宽动态枪机技术应用

再把低快门那张的背景剪下来,如下图:

宽动态枪机技术应用

两张合拼,就成为完整的一幅图像:

宽动态枪机技术应用

这一过程是通过DSP自动完成,自动去判别明暗程度,自动取要的图,自动合拼。介绍到这里,我们了解到:宽动态影像必需有专用DSP,而且影像是“做”出来的。

有了D.S.P, 问题又来了,那里去找来低快门及高快门各一张的图让它处理?解决方法就是用一颗CCD,但是上面的每一点在单一时间内曝光两次,一次长曝光(低快门),一次短曝光(高快门),所以每一点都有两个数据输出,就叫“双输出CCD”,正因为每点有两个数据输出,总资料量就比一般CCD多了一倍,因此传输的速度得大上一倍才能把资料搬出来,所以又叫“双速CCD(Double Speed CCD)”。

双输出CCD 扔出一个长曝光及短曝光的讯号给DSP, DSP去运算再加总, 所谓“宽动态摄像机”就出来了。

这种搞法是松下在10年前搞出来的,但搞出来后取名字就有问题了,“宽动态”(Wide Dynamic)这名词以前已经有人用过了,再用就不稀奇了,因此就改个名称叫”超动态”(Super-Dynamic),简称SD。

上面讲过了,这种宽动态效果是做出来的,因此早期有些问题,例如无法实时处理(会有一些延迟),在明暗交接处没法处理的很智慧(会有毛边),影像不自然(“做”出来的) 等等….经过不断改良,推出新DSP,就有所谓 SDII, SDIII,(就是第二代第三代啦!)。

因此,除了松下的“超动态”,现在市面上所谓“宽动态”CCD摄像机,几乎都是SONY SS-2 方案, 而且要两颗DSP在上头的。还有,因为CCD每点“总”曝光时间是固定的,所以得配自动光圈镜头才行。说到这里,就不能不说PIXIM 方案了,它是用颗C-MOS ,DSP内包了颗ARM9处理器来处理,从资料上看来,它是透过改变C-MOS上每一点的A.G..C 来达成这个效果(真实状况还待众高手来证实了),因此早期的PIXIM一样有影像不自然的缺点(也是“做”出来的),还有是C-MOS先天上照度较差,在低照时影像会无法实时(祯累积)

二:普通监控的强光抑制与宽动态区别概念

客观地说,监控摄像机强光抑制或是宽动态功能反应的是对光线的敏感度。宽动态监控摄像机如夜视监控功能般普通,几乎成为监控设备的标配。但是从应用和原理上细分,二者在成像画质上有着不少的区别。简单地说,一款宽动态监控摄像机能够处理复杂光线给监控图像带来的影响,但是如果要用它来抓拍夜间行车车牌,恐怕还需要加强。

光线变化对主体物有区别两种不同的监控技术在使用时很容易被人混淆,从原理上来说二者区别其实十分明显。通俗地理解强光抑制是对光源的抑制作用,突显强光源前的主体物;就是在强逆光环境下抓拍到主物体。宽动态则是在光线明暗差距较大地方使用,既要抓拍到主体物也要保留背景图像。

两种不同技术的监控摄像机在光线处理上又有十分接近的方式。为了突出主体目标或减弱光线强烈对比的效果,均可以在用背光补偿技术。前者是重新指定画面上的测光区域,通过重点测光确保正确曝光,从而避免较暗部分出现剪影现象。后者是把画面分成几个不同的区域,每个区域分别曝光。

三:对比

尽管使用了相同名字的处理方式,但原理和曝光方式略有不同。在实际应用中,强光抑制更适用于道路监控对车牌号码的识别,缩小车灯光晕看清车牌信息,通常情况下会配合白色LED灯一起使用效果更好,如高速收费站、十字路口。宽动态更适合在地下停车场或隧道,室内外光线变化明显的地方。

通过实际图像的对比效果,我们来看一看强光抑制与宽动态效果有哪些不同。用手电进行强光测试,不难发现,当一款支持强光抑制功能的监控摄像机,在开启和关闭强光抑制后,图像出现了明显的变化,数字呈现从无到有。

对比宽动态实测效果,在开启该功能前后,既能显示主物体人脸及细节部分,又没有将背景模糊成一片白色,这样的功能是完全突出了宽动态效果,保留了主体与背景。

当然,在监控摄像机配置上,目前宽动态与强光抑制还没有做明显的区分。卖场中的监控摄像机,支持强光抑制功能大多宽动态效果良好,而只支持宽动态的摄像机,对强光抑制却没有十足的把握。即便是在相似的两种监控摄像机,在使用上还是有不少区别。用户在选购时也应明确使用领域,道路监控大多为强光抑制,单纯的宽动态技术无法实现夜晚拍照捕捉功能。


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