宽动态摄像机在金融、交通行业的应用

　　随着安防技术逐步完善和发展，摄像机得到了更大范围的普及和应用。而对摄像机监看要求在不断提高，特别在一些明暗反差过大的场景，如银行、停车场、地铁、港口码头等。

　　普通摄像机对单一图像中最亮和最暗部分的平衡调整能力非常有限，一般以摄取进来的所有(部分)光线的亮度的平均值为基准，并决定曝光等级。如何提高成像系统的动态范围，以便同时能看清视场中前景与背景物体一直是研究者的目标。于是，具有良好宽动态功能的摄像机逐渐成为各大摄像机生产厂商的追求目标和关注焦点。

　　实现宽动态的两种独特技术

　　从松下公司推出第一代宽动态摄像机到今天的第三代，基于DSP(Digital SignalProcessor)技术的宽动态摄像机已得到了广泛的应用。

　　但自2005年末，美国PIXIM公司推出了基于DPS(Digital PixelSystem)的新一代图像处理技术，它与传统的CCD和CMOS传感器相比有着极大的区别。 DPS采用的是“每个像素独立完成采样、优化曝光并直接转换为数字信号”,它可以对单独的像素进行多次曝光及采样,以达到最佳的图像效果。所以可以说 DPS中的”每个像素都是一部摄像机”。而在图像处理器方面采用32位CPU对每个像素进行精确的曝光等级控制，以及图像的处理，从而形成了高清晰、超宽动态的摄像机。

　　1.DSP(Digital Signal Processor)技术

　　从宽动态范围40倍的第一代宽动态摄像机到现在的第三代160倍超宽动态摄像机问世，它是基于每个像素的动态范围技术采用了新的带有自然对比度校正功能的 DSP(数字信号处理功能)系统，其能够使高对比度图像达到最佳效果，确保了不受目标物体地域、位置、形状和大小等因素的影响，完全能够真实地再现画面。

　　现在，全球各大主要摄像机生产商也都相应推出了带有超宽动态技术的摄像机。虽然在实现宽动态上各家的做法方式多种多样，但CCD实现宽动态的道理基本一致。这一类型的摄像机采用了专用的DSP电路，首先对明亮的被摄物体用最适合的快门速度进行曝光，然后，再对暗的被摄物体用最适合的快门速度进行曝光，最后将这两个图像用DSP数字信号处理技术，将捕捉到的两幅图像重新组合在一张可视图像上。扩大了处理的动态范围，使得明亮的被摄物体和暗的被摄物体都可以看得很清楚。但经过这样处理后的图像会失去其原有的色彩效果，这也是当前宽动态摄像机面临的最大问题。

　　2.DPS(Digital Pixel System)技术

　　美国Pixim公司2005年研发了一种新型的图像拾取系统――DPS，标志着图像技术的一次突破性进展，它使宽动态范围达到260倍(约等于 120dB)。DPS技术的核心发明是在图像传感器的每一个像素点上包含了一个10位模数转换器(ADC)，这些ADC在捕获的瞬间立即将每个像素点上的光信号转换成一个数字值，从而可将阵列上的信号退化和串扰降到最小，并允许可以采用更好的降噪方法。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实重现图像。DPS实现了每个像素的独立采样和曝光，而且每个像素完成采样后直接转换为数字信号，由于数字处理可减少信号传输噪声和损耗，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，划时代地提升了一副图像中亮区域和暗区域的影像拍摄效果，可以达到比CCD更真实、更清晰的图像。

　　在金融交通中的应用

　　在一些特定场合的特殊环境中，尤其在强光源(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图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度显现为白色，而晦暗区域因曝光不足成为黑色，比如银行出入口的安全玻璃自动门等强逆光场所。

　　在白天室内和室外光线反差大的情况下，普通摄像机拾取的图像明亮部分和暗的部分不能像人类眼睛那样同时看清，会产生图像大部分信息遗漏、画质劣化等现象，宽动态功能就是针对金融道路交通监控等行业的应用而专门设计的。高品质宽动态摄像机不仅可以帮助警方破获犯罪案件，同时可以为发生的纠纷提供佐证。

　　银行营业网点一般都位于临街路边，大厅光线充足，用户接待柜台面向窗户，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、以及顾客从营业厅外进入营业厅及从营业厅里离开到营业外等全程。在这样的环境中，光线明暗变化明显，室内外光线反差巨大，监控摄像机处于逆光拍摄，如采用普通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、色彩还原性能和高清晰度。对于ATM机，很多安放在室外，它是24小时运行的，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。所以，应用于金融行业的监控摄像机，应该选用宽动态摄像机。

　　目前宽动态摄像机用于道路交通监控的重点是高速公路收费监控系统,主要是对收费站车道、收费广场、收费亭的收费情况，对收费车道通过的车辆类型、收费员的操作过程以及收费过程中的突发事件进行观察和记录。尤其在夜间，宽动态功能就可以避免如汽车的尾灯和头灯引起的光线拖尾现象，收费站工作人员能看到车牌照，这是普通摄像机难以实现的。

　　在电子警察系统中，通过监控系统和闯红灯自动摄录等手段，提高指挥中心的直观性、实时调动能力和对交通事故、意外事件的响应能力，以及增强查处违章的客观性，并对控制区域进行全面协调控制，提高车辆的通行能力。由于需要看清车牌，24小时监控，所以有对低照度，宽动态摄像机的需求。

　　存在的问题

　　Pixim DPS技术的应用无疑将给宽动态摄像机市场带来活力，但真正能将该技术发挥得淋漓尽致，还要看制造商的技术实力。目前全球领先的高质量CCTV设备解决方案供应商，如Pelco、Stanley、JVC、GE和Honeywell已经成为Pixim的客户，也就是采用基于Pixim的DPS技术开发出了国际一流的超级宽动态摄像机。

　　需要提出的是，虽然宽动态摄像机的出现弥补了普通摄像机在背光补偿中的缺点，但也存在不足。动态范围和灵敏度是两个矛盾因素，通常动态范围大的摄像机其灵敏度较低，而高灵敏度的摄像机动态范围相对较低。也就是说目前宽动态摄像机在环境光线足够时完全能够满足环境的需求，呈现出高质量的图像，但在低照度情况下，使用状况并不是太好。这也是目前各生产宽动态摄像机厂家迫切要解决的技术问题。同时，物体截面光的折射也会使宽动态摄像机的动态效果不是十分满意。

　　随着宽动态技术的发展和应用环境的特别需求，摄像机制造商将为市场带来更多更好的宽动态摄像机。