寬動(dòng)態(tài)

　基本概念

　　廣義上的“動(dòng)態(tài)范圍”是指某一變化的事物可能改變的跨度，即其變化值的最低端極點(diǎn)到最高端極點(diǎn)之間的區(qū)域，此區(qū)域的描述一般為最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的差值。這是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的概念，在談及攝像機(jī)產(chǎn)品的拍攝圖像指標(biāo)時(shí)，一般的“動(dòng)態(tài)范圍”是指攝像機(jī)對(duì)拍攝場(chǎng)景中景物光照反射的適應(yīng)能力，具體指亮度（反差）及色溫（反差）的變化范圍。

　　寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)比傳統(tǒng)只具有3:1動(dòng)態(tài)范圍的攝像機(jī)超出了幾十倍。自然光線排列成從120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。當(dāng)攝像機(jī)從室內(nèi)看窗戶外面，室內(nèi)照度為100Lux，而外面風(fēng)景的照度可能是10,000Lux,對(duì)比就是10,000/100=100:1。這個(gè)對(duì)比使人眼能很容易地看到，因?yàn)槿搜勰芴幚?000:1的對(duì)比度。然而以傳統(tǒng)的閉路監(jiān)控攝像機(jī)處理它會(huì)有很大的問(wèn)題，傳統(tǒng)攝像機(jī)只有3:1的對(duì)比性能，它只能選擇使用1/60秒的電子快門(mén)來(lái)取得室內(nèi)目標(biāo)的正確曝光，但是室外的影像會(huì)被清除掉（全白）；或者換種方法，攝像機(jī)選擇1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室內(nèi)的影像會(huì)被清除（全黑）。這是一個(gè)自從攝像機(jī)被發(fā)明以來(lái)就一直長(zhǎng)期存在的缺陷。

　　現(xiàn)代化的交通需要現(xiàn)代化的交通管理，為解決城市主要路段和路口的交通擁擠和阻塞狀況，減少事故、違章現(xiàn)象，建立現(xiàn)代化的智能交通指揮控制系統(tǒng)是非常必要的。同時(shí)，對(duì)于提高城市形象，促進(jìn)城市的文明和發(fā)展也有著非常重要的意義。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是：利用道路監(jiān)控實(shí)施交通流量和交通運(yùn)行監(jiān)視，對(duì)關(guān)鍵路段實(shí)施交通實(shí)時(shí)控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常并采取應(yīng)急措施，保證道路高速、安全、有效地運(yùn)行，提高現(xiàn)代生活的交通水平。根據(jù)交通監(jiān)控的實(shí)際需要，一般都會(huì)在交通路口、車(chē)站、商業(yè)區(qū)、高速公路收費(fèi)口等重點(diǎn)部位安裝可控?cái)z像機(jī)或固定攝像機(jī).本文在分析了道路監(jiān)控的特殊需求后，主要針對(duì)道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)的選型設(shè)計(jì)提出了一些建議。

　　選購(gòu)道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)的關(guān)注點(diǎn)

　　在視頻控制系統(tǒng)中，無(wú)論從系統(tǒng)前端圖象的攝取抑或到后端圖象信號(hào)的記錄與顯示與控制，系統(tǒng)設(shè)備性能的好壞是鑒定系統(tǒng)運(yùn)作成功與否的關(guān)鍵因素。毫無(wú)疑問(wèn)，設(shè)備選型的好壞直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、圖象質(zhì)量、系統(tǒng)使用壽命等有關(guān)建設(shè)方投資利益問(wèn)題。因而系統(tǒng)設(shè)備選型是貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。

　　道路監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)需求分析.

　　對(duì)圖像的清晰度和實(shí)時(shí)性有很高的要求,要求能看清車(chē)牌，若車(chē)牌號(hào)碼不能被清晰地確認(rèn)出來(lái)，則監(jiān)控抓拍就毫無(wú)意義了。 由于道路監(jiān)控需要24小時(shí)工作，需要在極暗的條件下也可以得到優(yōu)質(zhì)的畫(huà)面。 室外道路的光線的動(dòng)態(tài)范圍變化較大，夏日陽(yáng)光下環(huán)境照度達(dá)50000Lx－100000Lx；夜間路燈時(shí)僅為0.1Lux，變化幅度相當(dāng)大。在這種情況下攝像機(jī)無(wú)論是否具有自動(dòng)調(diào)整靈敏度功能即通過(guò)攝像機(jī)本身的電子快門(mén)已不可能適應(yīng)這么寬的照度范圍，也就無(wú)法達(dá)到控制圖像效果的作用。因此必須要求攝像機(jī)具有很寬的動(dòng)態(tài)范圍。 在照度不好的條件下拍攝時(shí)，拍攝的動(dòng)態(tài)圖像不可避免的會(huì)有噪點(diǎn)干擾，所有要求寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)有杰出的動(dòng)態(tài)圖像噪點(diǎn)消除功能，能夠消除圖像陰影和拖尾現(xiàn)象。

　　道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)選型依據(jù)

　　寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)性能中最核心的IC電路是CCD傳感器芯片，工作原理是由CCD光學(xué)鏡頭將目標(biāo)景象成像在CCD傳感器上，傳感器為高感度CCD，然后以每秒50場(chǎng)25幀（CCIR制式25Frame/s;NTSC制式30 Frame/s）圖像的速度將CCD輸出的信號(hào)經(jīng)CDS相關(guān)采樣保持電路、AGC及A/D轉(zhuǎn)換電路處理后，輸入到存儲(chǔ)器中，再利用高速運(yùn)算芯片和數(shù)據(jù)處理功能將存儲(chǔ)器中已存入的影像以逐行掃描方式逐行讀出，形成全視頻信號(hào)。因此攝像機(jī)輸出信號(hào)的質(zhì)量除了選擇性能上佳的CCD傳感器外，數(shù)據(jù)處理芯片/處理電路也是重要的環(huán)節(jié)。

　　在總結(jié)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)后，道路交通監(jiān)控的設(shè)備集成和工程商都選用下述要求的攝像機(jī)：

　　具備高線數(shù)（500－540電視線）的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)。 低照度(≤0.1lux)，最低照度達(dá)到0.01lux，在黑夜光照度較低的情況下，也能夠獲得清晰的圖像效果。 采用超感度，大尺寸CCD（一般是1/2英寸CCD）。由于1/2"攝像機(jī)標(biāo)靶尺寸比1/3"攝像機(jī)的標(biāo)靶尺寸大，因此成像效果更為優(yōu)良。（成像面積較大；光通量較大，光照度要求低。） 具有超寬動(dòng)態(tài)拍攝功能,能在高反差以及照明突變的情況下，快速、精確的進(jìn)行響應(yīng)，從而獲取高質(zhì)量的、充分曝光的影像畫(huà)面。 具有超級(jí)降噪技術(shù)，能夠消除動(dòng)態(tài)圖像噪點(diǎn)，圖像陰影和拖尾現(xiàn)象。特別是在解決由車(chē)頭燈造成的路面交通監(jiān)控或停車(chē)場(chǎng)監(jiān)控問(wèn)題時(shí)，低拖尾度尤其重要。 高信噪比, 白平衡自動(dòng)調(diào)整等功能的快速(快門(mén)速度不能慢于1/1000秒)攝像機(jī)。 采用工業(yè)級(jí)器件，具有良好的全天候工作能力，長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 本文擬對(duì)以下幾個(gè)重點(diǎn)參數(shù)作說(shuō)明。

　　1/2 EXVIEW HAD ?CCD

　　ccd產(chǎn)品問(wèn)世已有30多年，從20萬(wàn)像素發(fā)展到500—800萬(wàn)像素，無(wú)論其市場(chǎng)規(guī)模還是其應(yīng)用面，都得到了巨大的發(fā)展，可以說(shuō)是在平穩(wěn)中逐步提高，特別是近幾年來(lái)，在消費(fèi)領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展速度更快。

　　ccd組件，每一個(gè)像素的面積和開(kāi)發(fā)初期比較起來(lái)，己縮小到1/10以下。今后在應(yīng)用產(chǎn)品趨向小型化，高像素的要求下，單位面積將會(huì)更加的縮小。在小型化的同時(shí)，利用各種新開(kāi)發(fā)的技術(shù)，使其感光度不會(huì)因?yàn)閱挝幻娣e縮小而受到影響，也同時(shí)要求其性能維持或向上提升。

　　以下是索尼公司按年代劃分而發(fā)展的ccd傳感器簡(jiǎn)介：

　　1、had感測(cè)器

　　had（hole-accumulation diode）傳感器是在n型基板，p型，n+2極體的表面上，加上正孔蓄積層，這是sony獨(dú)特的構(gòu)造。由于設(shè)計(jì)了這層正孔蓄積層，可以使感測(cè)器表面常有的暗電流問(wèn)題獲得解決。另外，在n型基板上設(shè)計(jì)電子可通過(guò)的垂直型隧道，使得開(kāi)口率提高，換句換說(shuō)，也提高了感度。在80年代初期，索尼將其領(lǐng)先使用在可變速電子快門(mén)產(chǎn)品中，在拍攝移動(dòng)快速的物體也可獲得清晰的圖象。

　　2、on-chip micro lens

　　80年代后期，因?yàn)閏cd中每一像素的縮小，將使得受光面積減少，感度也將變低。為改善這個(gè)問(wèn)題，索尼在每一感光二極管前裝上微小鏡片，使用微小鏡片后，感光面積不再因?yàn)楦袦y(cè)器的開(kāi)口面積而決定，而是以微小鏡片的表面積來(lái)決定。所以在規(guī)格上提高了開(kāi)口率，也使感亮度因此大幅提升。

　　3、super had ccd

　　進(jìn)入90年代后期以來(lái)，ccd的單位面積也越來(lái)越小，1989年開(kāi)發(fā)的微小鏡片技術(shù)，已經(jīng)無(wú)法再提升感亮度，如果將ccd組件內(nèi)部放大器的放大倍率提升，將會(huì)使雜訊也被提高，畫(huà)質(zhì)會(huì)受到明顯的影響。索尼在ccd技術(shù)的研發(fā)上又更進(jìn)一步，將以前使用微小鏡片的技術(shù)改良，提升光利用率，開(kāi)發(fā)將鏡片的形狀最優(yōu)化技術(shù)，即索尼 super had ccd技術(shù)?；旧鲜且蕴嵘饫眯蕘?lái)提升感亮度的設(shè)計(jì)，這也為ccd基本技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

　　4、new structure ccd

　　在攝影機(jī)的光學(xué)鏡頭的光圈F值不斷的提升下，進(jìn)入到攝影機(jī)內(nèi)的斜光就越來(lái)越多，使得入射到ccd組件的光無(wú)法百分之百的被聚焦到感測(cè)器上，而ccd感測(cè)器的感度將會(huì)降低。1998年索尼公司為改善這個(gè)問(wèn)題，將彩色濾光片和遮光膜之間再加上一層內(nèi)部的鏡片。加上這層鏡片后可以改善內(nèi)部的光路，使斜光也可以被聚焦到感光器。而且同時(shí)將硅基板和電極間的絕緣層薄膜化，讓會(huì)造成垂直ccd畫(huà)面雜訊的訊號(hào)不會(huì)進(jìn)入，使smear特性改善。

　　5、exview had ccd

　　比可視光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅外線光，也可以在半導(dǎo)體硅芯片內(nèi)做光電變換?？墒侵廉?dāng)前為止，ccd無(wú)法將這些光電變換后的電荷，以有效的方法收集到感測(cè)器內(nèi)。為此，索尼在1998年新開(kāi)發(fā)的“exview had ccd”技術(shù)就可以將以前未能有效利用的近紅外線光，有效轉(zhuǎn)換成為映像資料而用。使得可視光范圍擴(kuò)充到紅外線，讓感亮度能大幅提高。利用“exview had ccd”組件時(shí)，在黑暗的環(huán)境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深層中做的光電變換時(shí)，會(huì)漏出到垂直ccd部分的smear成分，也可被收集到傳感器內(nèi)，所以影響畫(huà)質(zhì)的雜訊也會(huì)大幅降低。

　　最低照度

　　照度是反映光照強(qiáng)度的一種單位，其物理意義是照射到單位面積上的光通量，照度的單位是每平方米的流明（Lm）數(shù)，也叫做勒克斯（Lux）： 1Lux=1Lm/平方米,上式中，Lm是光通量的單位，其定義是純鉑在熔化溫度（約1770℃）時(shí)，其1/60平方米的表面面積于1球面度的立體角內(nèi)所輻射的光量。

　　1LUX大約等于1燭光在1米距離的照度。為了對(duì)照度的量有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，下面舉一例進(jìn)行計(jì)算，一只100W的白熾燈，其發(fā)出的總光通量約為1200Lm，若假定該光通量均勻地分布在一半球面上，則距該光源1m和5m處的光照度值可分別按下列步驟求得： 半徑為1m的半球面積為2π×1×1=6.28平方米 距光源1m處的光照度值為： 1200Lm/6.28平方米=191Lux同理、半徑為5m的半球面積為:2π×5×5=157平方米 距光源5m處的光照度值為： 1200Lm/157平方米=7.64Lux

　　可見(jiàn)，從點(diǎn)光源發(fā)出的光照度是遵守平方反比律的。我們?cè)跀z像機(jī)參數(shù)規(guī)格中常見(jiàn)的最低照度，表示該攝像機(jī)能在多黑的環(huán)境下看到清晰影像，此數(shù)值越小越好，說(shuō)明CCD的靈敏度越高。同樣條件下，黑白攝像機(jī)所需的照度遠(yuǎn)比尚須處理色彩濃度的彩色攝像機(jī)要低10倍。黑白攝像機(jī)的靈敏度大約是0.02-0.5lux(勒克斯)，彩色攝像機(jī)多在1lux以上。照度值不僅與鏡頭的光圈大小（F值）有關(guān)，與測(cè)試時(shí)的周邊環(huán)境也有著較大的關(guān)系，以光圈大小（F值）而言，光圈愈大則其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。 0.97lux/F0.75相當(dāng)于2.5lux/F1.2相當(dāng)于1.7lux/F1.0

　　參考環(huán)境與照度：

　　攝像機(jī)按照度可分為

　　普通型：正常工作所需照度1~3lux

　　月光型：正常工作所需照度0.1lux左右

　　星光型：正常工作所需照度0.01lux以下

　　紅外型：采用紅外燈照明，在沒(méi)有光線的情況下也可以成像

　　寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)攝像機(jī)的最低照度是指當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)幅值下降為標(biāo)準(zhǔn)幅值700mV的50%--33%（視頻標(biāo)稱值為1V，標(biāo)準(zhǔn)值為700mV）：另一種最低照度為CCD上的光照度,也即是CCD的感光度。CCD的光照度值遠(yuǎn)低于攝像機(jī)的最低照度值，很多不法商人就將CCD的最低照度值標(biāo)稱為攝像機(jī)的最低照度值，以蒙騙不知情者，這一點(diǎn)尤其體現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的一些OEM產(chǎn)品以及一些雜牌、低端攝像機(jī)產(chǎn)品上。

　　低照度攝像機(jī)在市場(chǎng)的演進(jìn)簡(jiǎn)單分為以下三步：白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）；低速快門(mén)（SLOW/SHUTTER）及超感度攝像機(jī)（EXVIEW HAD）。

　　1.白天彩色/晚上黑白（晝夜型攝像機(jī)COLOR/MONO）

　　此類(lèi)攝像機(jī)在市場(chǎng)上仍有其特定的需求群，晝夜型（COLOR/MONO）攝像機(jī)是利用黑白圖像對(duì)紅外線感度較高的特點(diǎn)，在一定的光源條件，利用線路切換的方式將圖像由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于搭配紅外線。在彩色/黑白線路轉(zhuǎn)換的技術(shù)演進(jìn)過(guò)程中，早期曾采用2顆SENSOR（1顆彩色、1顆黑白）共用一組電路再行切換，此類(lèi)攝像機(jī)已采用單一CCD（彩色）設(shè)計(jì)，在白天或光源充足時(shí)為彩色攝像機(jī)，當(dāng)夜晚降臨或光源不足時(shí)（一般在1LUX～3LUX）即利用數(shù)字電路將彩色信號(hào)消除掉，成為黑白圖像，且為了搭配紅外線，亦拿掉了彩色攝像機(jī)不可缺的紅外線濾除器，此種作法雖可在夜晚達(dá)到“低照度”的目的，白天卻有圖像模糊，色彩不自然的缺點(diǎn)，并且攝像機(jī)的攝像距離會(huì)受到紅外燈照射距離的限制。然而，COLOR/MONO攝像機(jī)是否屬于“低照度”攝像機(jī)，仍相當(dāng)具爭(zhēng)議性，專(zhuān)家指出真正的“低照度攝像機(jī)”應(yīng)指攝像機(jī)本身（所采用的元件、技術(shù)）可達(dá)到的功能，而白天彩色/晚上黑白的攝像機(jī)因受限于CCD靈敏度，本身并無(wú)法改變，只是利用線路切換及搭配紅外光的方式將功能提升，不能算是低照度攝像機(jī)。

　　2.低速快門(mén)（SLOW/SHUTTER）

　　此類(lèi)攝像機(jī)又稱為（畫(huà)面）累積型攝像機(jī)，是利用電腦記憶體的技術(shù)，連續(xù)將幾個(gè)因光線不足而較顯模糊的畫(huà)面累積起來(lái)，成為一個(gè)圖像清晰的畫(huà)面，運(yùn)用SLOW SHUTTER技術(shù)降低攝像機(jī)照度至0.008LUX/F1.2（×128），并且畫(huà)面能夠累積的幀數(shù) （128幀）是屬于甚至包括進(jìn)口品牌再內(nèi)的領(lǐng)先水平。此類(lèi)型低照度攝像機(jī)適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館，夜間生物活動(dòng)觀察，夜間軍事海岸線監(jiān)視等，屬性較靜態(tài)場(chǎng)所的監(jiān)視。此類(lèi)型的低照度攝像機(jī)，大多數(shù)為進(jìn)口品牌價(jià)格昂貴，且累積幀數(shù)少（32幀）。

　　3.超感度攝像機(jī)（EXVIEW/HAD）

　　超感度攝像機(jī)（EXVIEW/HAD），又稱24小時(shí)攝像機(jī)，為98年全世界最熱門(mén)的機(jī)種，其彩色照度可達(dá)0.05LUX，黑白則可達(dá)0.003-0.001LUX（亦可搭配紅外線以達(dá) 0LUX）不僅能清晰的辯識(shí)圖像，更是實(shí)時(shí)連續(xù)的畫(huà)面。 此類(lèi)型攝像機(jī)主要是采用SONY元件廠于97年所推出的EXVIEW/HAD/CCD（超感 CCD），其運(yùn)用專(zhuān)利技術(shù)將CCD每一像素的開(kāi)口率提高，進(jìn)而達(dá)到更低照度的要求. 這一技術(shù)的出現(xiàn)受到了監(jiān)控市場(chǎng)的歡迎，對(duì)各種光照環(huán)境下均可表現(xiàn)出最佳的效果.特別是配合專(zhuān)用的紅外照明設(shè)備，可以得到高清晰度的黑白圖像，實(shí)現(xiàn)0照度的監(jiān)控（完全無(wú)光的情況下）。在近紅外760mm-1100mm的近紅外區(qū)域，如果配合合適波長(zhǎng)的紅外照明，就可以實(shí)現(xiàn)清晰的黑白圖像。

　　三星TECHWIN公司(原三星航空，國(guó)內(nèi)稱為三星光電子)依靠在行業(yè)30年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在技術(shù)的不斷創(chuàng)新和為顧客提供高質(zhì)量的安防產(chǎn)品上，總是走在前端。其產(chǎn)品系列SHC-740，SHC-740，SHC-721，SDZ-330，SPD-3300等全部采用128倍幀累積技術(shù)，清晰度高達(dá)520TVL以上，信噪比達(dá)50db以上，具有日夜轉(zhuǎn)換功能。特別是SHC-740(圖1)，采用了EX-VIEW HAD CCD，使用Samsung SVⅢ DSP芯片，在低照度技術(shù)，高清晰度有了新的突破(高達(dá)540TVL)，使攝像機(jī)在幾乎全黑的條件下也可以得到優(yōu)質(zhì)的畫(huà)面，其最低照度彩色模式為0.01LUX@F1.2,黑白模式為0.003lux@F1.2? sens-up模式為0.0003 LUX@F1.2，廣泛應(yīng)用于國(guó)防邊境，軍隊(duì)，高速公路

　　寬動(dòng)態(tài)

　　在一些明暗反差過(guò)大的場(chǎng)合，一般的攝像機(jī)由于CCD的感光特性所限制，攝取的圖像往往出現(xiàn)背景過(guò)亮或前景太暗的情況。針對(duì)這種情況，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，較好地解決了這一問(wèn)題。而在此之前，傳統(tǒng)的攝像機(jī)一般會(huì)采取背光補(bǔ)償功能來(lái)適應(yīng)光線反差大的場(chǎng)合。

　　常規(guī)攝像機(jī)視場(chǎng)中的物體在亮度較高的背景光時(shí)，需要看門(mén)口或窗外的物體，通常采用中央背光補(bǔ)償(BLC)模式，它主要是靠提升視場(chǎng)中央部分的亮度、降低視場(chǎng)四周部分的亮度來(lái)達(dá)到看清位于中央位置內(nèi)物體的目的。

　　背光補(bǔ)償，也稱為逆光補(bǔ)償，是把畫(huà)面分成幾個(gè)不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分別曝光。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，視場(chǎng)中可能包含一個(gè)很亮的區(qū)域，而被包含的主體則處于亮場(chǎng)的包圍之中，畫(huà)面一片昏暗，無(wú)層次。此時(shí)由于AGC檢測(cè)到的信號(hào)電平并不低，因此放大器的增益很低，不能改進(jìn)畫(huà)面主體的明暗度，當(dāng)引入逆光補(bǔ)償時(shí)，攝像機(jī)僅對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的一個(gè)子區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)求此區(qū)域的平均信號(hào)電平來(lái)確定AGC電路的工作點(diǎn)。由于子區(qū)域的平均電平很低，AGC放大器會(huì)有較高的增益，使輸出信號(hào)的幅值提高，從而使監(jiān)視器上的主體畫(huà)明朗，大大降低背景畫(huà)面與主體畫(huà)面的主觀亮度差，整個(gè)視場(chǎng)的可視性得到改善.逆光補(bǔ)償雖然改善了拍攝主體的亮度，但是圖像質(zhì)量或多或少會(huì)劣化下降。

　　而寬動(dòng)態(tài)這一技術(shù)是同一時(shí)間曝光兩次，一次快，一次慢，再進(jìn)行合成使得能夠同時(shí)看清畫(huà)面上亮與暗的物體。雖然二者都是為了克服在強(qiáng)背光環(huán)境條件下，看清目標(biāo)而采取的措施，但背光補(bǔ)償是以犧牲畫(huà)面的對(duì)比度為代價(jià)的，所以從某種意義上說(shuō)，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是背光補(bǔ)償?shù)纳?jí)。

　　三星TECHWIN(三星光電子)由于企業(yè)背景的原因，在國(guó)家軍工方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品更偏重于工業(yè)用品，耐用性和穩(wěn)定性。并且具有多年來(lái)積累的光學(xué)和半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。在內(nèi)置專(zhuān)業(yè)半導(dǎo)體芯片的安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)和嵌入式硬盤(pán)錄像機(jī)等產(chǎn)品上有著良好的表現(xiàn)。其獨(dú)立研發(fā)的第三代超級(jí)圖像技術(shù)SVⅢ(圖5),配置了雙速掃描CCD，能夠拍攝出具有寬動(dòng)態(tài)效果的圖像。并且使用了兩個(gè)12位數(shù)字輸入端，使SVⅢ擁有超過(guò)80db的寬動(dòng)態(tài)范圍，大量的數(shù)字信息經(jīng)過(guò)23位的數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)紻SP后，DSP進(jìn)行內(nèi)部處理，確保了沒(méi)有數(shù)據(jù)丟失。然后寬動(dòng)態(tài)范圍通過(guò)非線性的適應(yīng)性WDR壓縮算法壓縮成10位輸出。

　　采用了適應(yīng)性抗馬賽克色彩再生算法，彩色達(dá)到540線，黑白570線。

　　強(qiáng)大的靈敏度增強(qiáng)技術(shù)，提供動(dòng)態(tài)的3D過(guò)濾后的圖像，優(yōu)化了信噪比。并且在保持全實(shí)時(shí)效果的低照度條件下，增強(qiáng)可見(jiàn)度。

　　采用了高級(jí)的局部區(qū)域強(qiáng)化對(duì)比技術(shù)，即使在較差的照度條件下也能得到理想的對(duì)比度。

　　采用獨(dú)特的色彩控制算法可以擴(kuò)大白平衡使用范圍，即可以在很寬的色溫范圍內(nèi)，將顏色準(zhǔn)確真實(shí)的再現(xiàn)。這也意味著在很低照度條件下也能支持使用彩色模式并且很好的進(jìn)行白平衡。

　　典型應(yīng)用

　　低照度、 寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)用于道路監(jiān)控的重點(diǎn)是高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng),主要是對(duì)收費(fèi)站的車(chē)道、收費(fèi)廣場(chǎng)、收費(fèi)亭的收費(fèi)情況，對(duì)收費(fèi)車(chē)道通過(guò)的車(chē)輛類(lèi)型、收費(fèi)員的操作過(guò)程以及收費(fèi)過(guò)程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)行觀察和記錄，實(shí)施有效的監(jiān)督。。尤其是在晚上，收費(fèi)站工作人員需要看清車(chē)牌，而一般情況下，車(chē)燈打開(kāi)后，路上的環(huán)境照度與車(chē)牌的照度形成了一定的動(dòng)態(tài)范圍，傳統(tǒng)攝像機(jī)難以“看清”，所以對(duì)低照度、寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)有了需求。

　　其次是電子警察系統(tǒng)，過(guò)閉路電視監(jiān)控和沖紅燈自動(dòng)攝錄等手段，提高指揮中心的直觀性、實(shí)時(shí)調(diào)動(dòng)能力和對(duì)交通事故、意外事件的響應(yīng)能力，以及增強(qiáng)查處違章的客觀性，并對(duì)控制區(qū)域進(jìn)行全面協(xié)調(diào)控制，提高車(chē)輛的通行能力。由于需要看清車(chē)牌，24小時(shí)監(jiān)控，所以對(duì)低照度，寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)有需求。

　　另外城市商業(yè)街中也有一定的應(yīng)用，用以掌握一些繁華路口的交通情況，路段周?chē)?chē)輛的運(yùn)行情況和，行人的流量情況和交通治安情況等問(wèn)題。

　實(shí)現(xiàn)方式

　　CCD+DSP技術(shù)：

　　DSP芯片是一種特殊的微處理器，根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理理論的數(shù)學(xué)模型和算法，設(shè)計(jì)出專(zhuān)門(mén)的數(shù)字信號(hào)微處理器芯片。計(jì)算程序全部“硬化”，數(shù)字濾波器所需要的其他設(shè)備也全部集成、硬化，比如加法器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入/輸出接口，甚至其他類(lèi)型的外部設(shè)備等。許多在模擬信號(hào)處理器中無(wú)法進(jìn)行的工作，都可以在數(shù)字處理中進(jìn)行，如二維數(shù)字濾波、數(shù)字動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)、數(shù)字背景光補(bǔ)償、膚色輪廓校正、細(xì)節(jié)補(bǔ)償頻率調(diào)節(jié)、準(zhǔn)確的彩色矩陣、精確的校正、自動(dòng)聚焦等。

　　超級(jí)寬動(dòng)態(tài)技術(shù)常使用雙速CCD配合DSP的處理方式。這種雙曝光(或雙快門(mén))技術(shù)的核心是針對(duì)明暗反差較大的場(chǎng)景，攝像機(jī)先對(duì)明亮區(qū)域進(jìn)行一次快速曝光，得到一幅亮部區(qū)域清晰正常的圖像并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器中;然后再對(duì)場(chǎng)景中暗部區(qū)域進(jìn)行一次慢速曝光，得到一幅暗部區(qū)域畫(huà)面清晰的圖像也存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器中。以上曝光完畢后，利用DSP特有的圖像處理算法，將兩幅圖像當(dāng)中亮度適當(dāng)?shù)牟糠址謩e切割下來(lái)，最后進(jìn)行疊加合成并輸出一幅明暗區(qū)域都清晰可見(jiàn)的圖像。這樣就能避免亮部曝光過(guò)度和暗部曝光不足的問(wèn)題，從而使整個(gè)畫(huà)面都清晰可見(jiàn)，以實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)的處理效果。但如果采用不同DSP 芯片，在具體細(xì)節(jié)上還是有明顯差別，比如對(duì)靈敏度、色還原度、白平衡等的處理。

　　CMOS+DPS技術(shù)

　　美國(guó)Pixim公司在斯坦福大學(xué)20世紀(jì)90年代技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上研發(fā)了一種基于CMOS技術(shù)的新型的圖像拾取系統(tǒng)——DPS(數(shù)字像素處理系統(tǒng))，此系統(tǒng)可以通過(guò)其超強(qiáng)的寬動(dòng)態(tài)功能來(lái)獲得高質(zhì)量的圖片。寬動(dòng)態(tài)功能劃時(shí)代地提升了一幅圖像中亮和暗區(qū)域的影像拍攝效果，可以達(dá)到比CCD更真實(shí)、更清晰的圖像。在寬動(dòng)態(tài)處理上，DPS采用的是每一個(gè)像素單獨(dú)曝光和ARM7控制技術(shù)，相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動(dòng)態(tài)范圍。從數(shù)值上來(lái)說(shuō)，采用DPS技術(shù)的CMOS攝像機(jī)就目前的處理技術(shù)，其動(dòng)態(tài)范圍即可到達(dá)95dB，甚至可至120dB。在擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)，DPS也解決了CCD傳感器在處理動(dòng)態(tài)范圍和色彩真實(shí)性上的不足，其色彩還原性更加真實(shí)，能夠滿足應(yīng)用的要求。使用這種技術(shù)的攝像機(jī)在數(shù)字圖像傳感器里每一個(gè)像素中都使用了一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，在捕捉到光信號(hào)時(shí)直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最大程度地降低了信號(hào)在排列中的衰減和干擾。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　隨著社會(huì)對(duì)交通安全防范意識(shí)的日益加重，道路基礎(chǔ)建設(shè)必須配合道路監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，這無(wú)疑預(yù)示著交通監(jiān)控行業(yè)潛藏著巨大大商機(jī)。而具有低照度，寬動(dòng)態(tài)的攝像機(jī)必然有廣闊的空間。Technology,Winner in Digital World ，三星TECHWIN愿憑著優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和一流服務(wù)為中國(guó)的智能交通事業(yè)貢獻(xiàn)出自己的一片力量。

　技術(shù)知識(shí)

　　寬動(dòng)態(tài)范圍是圖像能分辨最亮的亮度信號(hào)值與能分辨的最暗的亮光信號(hào)值的比值。

　　寬動(dòng)態(tài)的表現(xiàn)方式以“倍數(shù)”或“dB”來(lái)表示，在以100IRE為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，換算公式：N dB=20log（V2/V1）。普通攝像機(jī)（稱V1）的寬動(dòng)態(tài)值為10dB ,如寬動(dòng)態(tài)為48 dB ，與普通攝像機(jī)之間的差為38 dB，V2/V1=80，說(shuō)明與普通攝像機(jī)寬動(dòng)態(tài)差為80倍，松下第三代寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)是54 dB，V2/V1=160倍。池上ISD-A10攝像機(jī)典型動(dòng)態(tài)范圍95 dB，V2/V1=17782倍，最大寬動(dòng)態(tài)范圍120dB，V2/V1=316227倍。從“倍數(shù)”上看，采用Pixim DPS技術(shù)的攝像機(jī)，寬動(dòng)態(tài)范圍要比CCD寬動(dòng)態(tài)范圍有極大的提高。