宽动态摄像机原理及选型探析

    宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术，很好的解决了影像传感器的动态范围相对人眼要窄的问题。值得注意的是，大家记忆犹新的宽动态大幅出现阶段虽然处于模拟摄像机时代，但是却见证了摄像机由模拟时代变迁到数字时代的整个过程…
　　一、宽动态摄像机原理
　　什么叫WDR宽动态？简单的说摄像机宽动态就是让图像场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得清楚的图像处理条件。宽动态摄像机技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到图像的特色而运用的一种技术。当在强光源(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成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的动态范围，也可以说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。通常这个比值我们都用dB来表示。
　　因为宽动态范围dB值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。宽动态的表现方式是可以以“倍数”或“dB”来表示，在以100IRE视频可以完全驱动一个监视器表现最好亮度和对比度的优质图像为标准时，换算公式：NdB=20log(V2/V1)。普通摄像机(称V1)的宽动态值为10dB，如一般宽动态为48dB与普通摄像机之间的差为38dB，那以公式V2/V1=80，说明与普通摄像机宽动态差为80倍，目前第三代宽动态摄像机都可达54dB如此换算下，V2/V1=160倍时摄像机典型动态范围可达95dB，如果是倍数更大时甚至最大宽动态范围可达120dB以上。
　　二、宽动态摄像机行业应用诉求
　　WDR宽动态范围技术在摄像机系统中的运用，让黑暗区域可以变得明亮一些与明亮区域变的更加柔和，改变了视觉效果，提供出有用的可识别的图像。宽动态摄像机一般采用专用的DSP电路，将图像用DSP数字信号处理芯片，将捕捉到的图像重新组合在一张图像上，使其扩大了可能处理的动态范围，使得明亮区域的被摄物体和阴暗区域的目标物体都可以看得清楚。目前宽动态摄像机主要被应用于金融行业，其次是停车场、广场、大厦出入口、港口、道路收费站等强逆光场所。在春、夏、秋、冬四季，每天工作时段内，光线变化复杂，要将监控范围内的所有人物细节拍摄清楚，需要高质量宽动态摄像机，这不仅可以帮警方破获犯罪案件，同时可以为发生的纠纷事件提供佐证。而这些宽动态的行业应用诉求大部分如下陈述：
　　（一）金融单位及银行
　　这种宽动态摄像机主要应用于银行大门出入口、有落地窗的营业厅、运钞车车道及地下停车场出入口以及ATM玻璃门的门口监控，可以适时提供访客与室内外清晰的人像及景物。
　　（二）高速公路收费口
　　目前低照度、宽动态摄像机用于道路监控的重点是高速公路收费口监控，主要是对进站收费站的车道、收费庭收费情况，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和特殊事件进行观察和记录，实施有效的监督。尤其是在晚上，收费站工作人员需要看清车牌，而一般情况下，车灯打开后，路上的环境照度与车牌的照度形成了一定的动态范围，传统摄像机是难以看清的，因此对于低照度宽动态摄像机有了一定程度的需求。
　　（三）路口监控系统
　　由于CCTV闭路电视系统对于闯红灯自动抓拍的功能，可以提高交控中心的直观性、实时调动能力和对交通事故、意外事件的反应能力，并可以提升车辆违规查察的客观性，并且可以对监控道路区域进行全面协调控制，提高车辆的用路能力。更由于需要车牌辨识及24小时监控，所以绝对少不了低照度宽动态摄像机的应用需求。
　　（四）商业区及光线变化明显的区域监控
　　一般商店或百货业者也会有一定的宽动态摄像机需求应用，因为装潢大部分是反光地板与透光结构的关系，并须要有宽动态用以掌握店内外的营运情况，周围车人潮及车潮状况和店内外治安情况等问题。
　　三、宽动态摄像机选型与前景展望
　　在目前安防市场上，宽动态摄像机已经是一个常规的产品，机型及类别的选择性很多，比较具有代表性的宽动态品牌大概有Panasonic(松下)SONY、SAMSUNG、BOSCH(博世)、Hikvision、Dahua、AXIS、Vivotek、MERITLI-LIN(利凌)、等等。在监控系统中摄像机的选型有很重要的地位。在选择宽动态摄像机时，应该从以下几个方面着手：
　　（一）据实际应用场所和监控目标，选择参数、指针、功能要求的摄像机。
　　（二）通过样品测试，实际标出的产品参数、指针、功能是否与产品一致，实测拍摄图像的清晰度、宽动态效果、彩色还原是否真实。
　　（三）选择可靠性高的摄像机。监控系统建成后，若摄像机的质量、可靠性不佳，需要经常维修、调整或运行一段时间图像质量下降、损坏，这些损失可能超过购买摄像机的费用。
　　（四）选择好的摄像机应该配好的镜头，这样才能表现出最好的效果。
　　尽管摄像机宽动态技术发展很快，宽动态效果越来越好，但与人眼的实际观测效果还相差甚远，由于宽动态摄像机最低照度指标还很高，在光线越暗时，宽动态效果越差，大部分宽动态摄像机还需要借助背光补偿功能来提高拍摄效果，因此可以预见在宽动态摄像机的选型上，还是领先的几家知名品牌的制造商会被青睐。
 四、宽动态摄像机前景展望
    随着使用环境的多样化和使用者日益多元化，摄像机的技术和分类也发生很多变化。其中宽动态摄像机是非常重要的一支，在一定程度上也代表了一个摄像机生产厂商的技术发展实力和发展方向。宽动态技术在这几年飞速发展，摄像机的动态范围也在不断扩大，也出现了以双速CCDDSP、双速快门等技术。而现在的宽动态摄像机则都采用专用的DSP电路，使得明亮区域的被摄物体和阴暗区域的被摄物体都可以看得很清楚。
　　随着DPS纯数字传感技术的诞生，更高的动态范围和更真实的色彩将逐渐出现在新一代的宽动态摄像机中。在不久的将来，宽动态摄像机市场势必会面临DSP和DPS两种摄像机传感技术的竞争，动态范围也势必不断扩大，前景广阔。