1、宽动态摄像机技术发展与应用(下)在全球市场上，有在全球市场上，有 50 多个国家超过多个国家超过 90 多种类型的多种类型的 DPS 摄像机在应用，其摄像机在应用，其中许多世界知名摄像机制造商都已经采用中许多世界知名摄像机制造商都已经采用 Pixim DPS 成像技术。与上世纪成像技术。与上世纪 60 年年代开始应用的代开始应用的 CCD 技术相比，技术相比， DPS 技术还比较年轻，但它的芯片组从技术还比较年轻，但它的芯片组从D1000、 D1500、 D2000 到到 D2500，在性能上有了飞速提高，图像清晰度从，在性能上有了飞速提高，图像清晰度从 480线提升到线提升到 540 线，最
2、低照度从线，最低照度从 1.0Lux/F1.2,到到 0.5Lux/F1.2，典型宽动态从，典型宽动态从 95dB到到 102dB。现在的。现在的 DPS 摄像机只能算第一代摄像机只能算第一代 DPS 产品，它已经在宽动态等多产品，它已经在宽动态等多方面显示出优越性。对于摄像机方面显示出优越性。对于摄像机 “宽动态宽动态 ”现在还是一种特殊功能，不用多长时现在还是一种特殊功能，不用多长时间间 “宽动态宽动态 ”将是摄像机必备的功能。将是摄像机必备的功能。 在监控行业，生产在监控行业，生产 CCD 摄像机的厂家很多，但著名品牌的摄像机与其普通摄像机的厂家很多，但著名品牌的摄像机与其普通牌摄像机相
3、比，在性能、品质却又很大差别。同样对于最新的牌摄像机相比，在性能、品质却又很大差别。同样对于最新的 DPS 技术，只有技术，只有在研制和制造技术上领先并有实力的著名企业才能将最新技术表现得淋漓尽致。在研制和制造技术上领先并有实力的著名企业才能将最新技术表现得淋漓尽致。池上公司在池上公司在 2005 年年 11 月面向美国、欧洲等海外市场，首次推出基于月面向美国、欧洲等海外市场，首次推出基于 DPS技术监控摄像机。池上公司采用技术监控摄像机。池上公司采用 DPS 的的 “D2000”芯片组，结合其领先的摄像机芯片组，结合其领先的摄像机制造技术，并将部分广播级摄像机技术应用到制造技术，并将部分广播
4、级摄像机技术应用到 ISD-A10 上，使这种全新的上，使这种全新的 DPS摄像机以其摄像机以其 480 线清晰度、真实的色彩还原和线清晰度、真实的色彩还原和 120dB 的宽动态范围及秉承一贯的宽动态范围及秉承一贯高可靠性等特点向人们展示出高可靠性等特点向人们展示出 DPS 新一代宽动态摄像机的优异品质。新一代宽动态摄像机的优异品质。 宽动态范围宽动态范围 什么叫宽动态范围？简单地说宽动态就是场景中特别亮的部位和特别暗的部什么叫宽动态范围？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位同时都能看得特别清楚。宽动态范围是图
5、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辨的最暗的亮光信号值的比值。宽动态的表现方式以 “倍数倍数 ”或或 “dB”来表示，在来表示，在以以 100IRE 为标准时，换算公式：为标准时，换算公式： N dB=20log（ V2/V1） 。普通摄像机（称。普通摄像机（称 V1）的宽动态值为的宽动态值为 10dB ,如宽动态为如宽动态为 48 dB ，与普通摄像机之间的差为，与普通摄像机之间的差为38 dB， V2/V1=80，说明与普通摄像机宽动态差为，说明与普通摄像机宽动态差为 80 倍，松下第三代宽动态摄倍，松下第三代宽动态摄像机是像机是 54 dB， V
6、2/V1=160 倍。池上倍。池上 ISD-A10 摄像机典型动态范围摄像机典型动态范围95 dB， V2/V1=17782 倍，最大宽动态范围倍，最大宽动态范围 120dB， V2/V1=316227 倍。从倍。从 “倍数倍数 ”上看，采用上看，采用 DPS 技术的摄像机，宽动态范围要比技术的摄像机，宽动态范围要比 CCD 宽动态范围有极大的提宽动态范围有极大的提高，在实际应用中，只有在亮的部分和暗的部分反差非常大时，才能真正显示高，在实际应用中，只有在亮的部分和暗的部分反差非常大时，才能真正显示出出 DPS 技术的宽动态效果。技术的宽动态效果。 对于对于 DPS 技术，每个像素对应的光线都
7、可以优化曝光，每一帧数据读取时技术，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间只需 0.8 毫秒毫秒 (传统传统 CCD 技术则需数十毫秒技术则需数十毫秒 )，这样系统可以对每个像素进行，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、逼真的图形成高质量的图像。即使在最苛刻
8、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。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。 采用传统采用传统 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。曝光的现象。 CCD 宽动态技术是采用特殊宽动态技术是采用特殊 DSP（数字信号处理）电路，对明亮（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
9、对暗的部分用最合适的快门速度曝光，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，宽动态技术属于属于 CMOS。垂直光斑垂直光斑 现在的很多摄像机都可以说是具有低光斑特性，比如现在
10、的很多摄像机都可以说是具有低光斑特性，比如 Ikegami 池上或池上或Dallmeier 系列摄像机。垂直光斑准确说是什么呢？系列摄像机。垂直光斑准确说是什么呢？ 光斑是光斑是 CCD 传感器的一个特性，在传感器中没有任何东西阻止强光穿射传感器的一个特性，在传感器中没有任何东西阻止强光穿射的曝光和在的曝光和在 CCD 上产生更多的电子。结果是在图像中强烈的光出现时通常垂直上产生更多的电子。结果是在图像中强烈的光出现时通常垂直斑纹也出现，在图像中遮盖了相关的细节。斑纹也出现，在图像中遮盖了相关的细节。 很多具有低垂直光斑摄像机使用很多具有低垂直光斑摄像机使用 IT CCD 芯片来减少光斑的数量
11、，芯片来减少光斑的数量， IT 芯片能提芯片能提供的更多的好处在于高的供的更多的好处在于高的 S/N 信噪比和较低光斑。信噪比和较低光斑。 DPS 芯片的核心技术是在每一个像素里模拟信号到的数字信号转换芯片的核心技术是在每一个像素里模拟信号到的数字信号转换 ADC。也就是在准确的捕捉点上，光信号被转化成数字信号。这样做的好处是从模拟也就是在准确的捕捉点上，光信号被转化成数字信号。这样做的好处是从模拟信号到信号到 ADC 转化过程中，像素间没有串扰和没有信号损失。这也意味着噪波大转化过程中，像素间没有串扰和没有信号损失。这也意味着噪波大大降低了和形成一个超级动态范围，这样就避免了垂直光斑的产生。
12、池上摄像大降低了和形成一个超级动态范围，这样就避免了垂直光斑的产生。池上摄像机低垂直光斑技术是最好的。下面图片是基机低垂直光斑技术是最好的。下面图片是基 DPS 技术摄像机和普通技术摄像机和普通 CCD 摄像机摄像机拍摄车灯时低垂直光斑效果图。拍摄车灯时低垂直光斑效果图。 DPS 摄像机应用效果摄像机应用效果 目前宽动态摄像机主要应用于金融行业，其次是停车场、广场、大厦出入目前宽动态摄像机主要应用于金融行业，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。金融行业的营业网点遍布各地，室内外口、港口、道路收费站等强逆光场所。金融行业的营业网点遍布各地，室内外ATM 机数量众多，由金
13、融行业自身特点决定其监控系统要高于其它行业，其营机数量众多，由金融行业自身特点决定其监控系统要高于其它行业，其营业厅在春、夏、秋、冬四季，每天工作时段内，光线变化复杂，要将监控范围业厅在春、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，需要高品质宽动态摄像机，这不仅可以帮警方破内的所有人物细节拍摄清楚，需要高品质宽动态摄像机，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。获犯罪案件，同时可以为发生的纠纷事件提供佐证。 尽管宽动态技术发展很快，宽动态效果越来越好，但远达不到人眼的效果，尽管宽动态技术发展很快，宽动态效果越来越好，但远达不到人
14、眼的效果，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都有背光补偿功能，以提高拍摄效果。部分宽动态摄像机都有背光补偿功能，以提高拍摄效果。下面两组图像充分展现了在相同时间、角度下下面两组图像充分展现了在相同时间、角度下 DPS 摄像机和摄像机和 CCD 摄像机在复杂摄像机在复杂光线下的拍摄效果。光线下的拍摄效果。 1、在珠宝店发生偷盗事件监控过程、在珠宝店发生偷盗事件监控过程 图图 1 左侧左侧 CCD 摄像机前有一块玻璃，玻璃上有摄像机前有一块玻璃，玻璃上有 2 处反光，室外部位光线处
15、反光，室外部位光线过强无法看清，室内反射光明显。图中顾客将包放在长凳上过强无法看清，室内反射光明显。图中顾客将包放在长凳上 图图 2 有人在室外准备进入珠宝店。左侧图中玻璃上两处反光变为一处，有人在室外准备进入珠宝店。左侧图中玻璃上两处反光变为一处，与图与图 1 比较隐约感到窗外有人。右侧途中可以清楚看到窗外有人准备进入房间比较隐约感到窗外有人。右侧途中可以清楚看到窗外有人准备进入房间 右侧右侧 Pixm 摄像机清楚拍摄到进入珠宝店的男人画面，清楚显示面部细摄像机清楚拍摄到进入珠宝店的男人画面，清楚显示面部细节节 图图 4 显示在店主和顾客显示在店主和顾客 正在观看样品时有人拿走桌上东西和包正
16、在观看样品时有人拿走桌上东西和包 图图 5 显示窃贼溜出室外，离开作案现场显示窃贼溜出室外，离开作案现场 从上述图片可以看出，基于从上述图片可以看出，基于 DPS 技术摄像机，可以清晰记录小偷从室外技术摄像机，可以清晰记录小偷从室外进入珠宝店、行窃、离开全过程。通过录像资料可以准确查处窃贼进入时间和进入珠宝店、行窃、离开全过程。通过录像资料可以准确查处窃贼进入时间和离开时间、去向及可以辨认的面部细节。离开时间、去向及可以辨认的面部细节。2、强逆光反差下集装箱装货、强逆光反差下集装箱装货 图图 6 逆光下集装箱拍摄效果逆光下集装箱拍摄效果 图图 7 在搬运工出现在镜头前，人物遮挡部分光线，使进入
17、镜头的光线发生变化，在搬运工出现在镜头前，人物遮挡部分光线，使进入镜头的光线发生变化，光圈自动调整曝光量减少，光圈自动调整曝光量减少， CCD 摄像机图像变化明显摄像机图像变化明显 图图 8 在搬运工接近集装箱时，遮挡光线减少，在搬运工接近集装箱时，遮挡光线减少， CCD 摄像机图像隐约显示人物摄像机图像隐约显示人物 图图 9 在搬运工人进入集装箱装货时，在搬运工人进入集装箱装货时， CCD 摄像机图像与图摄像机图像与图 1 未进搬运工时一样未进搬运工时一样从上述图中看出，从上述图中看出， CCD 摄像机受光线变化影响非常大，无法表现出搬运工摄像机受光线变化影响非常大，无法表现出搬运工和集装箱
18、内货物特征。和集装箱内货物特征。 Pixim 摄像机从始至终可以清晰记录装货过程和集装箱摄像机从始至终可以清晰记录装货过程和集装箱内货物状态。内货物状态。 DPS 成像技术的不断发展，终于从后台走向前台，并开始应用到各个领成像技术的不断发展，终于从后台走向前台，并开始应用到各个领域。企业研发新技术，将功能更多更好的产品提供给用户，带动市场的发展，域。企业研发新技术，将功能更多更好的产品提供给用户，带动市场的发展，使需求增长，从而给企业带来效益，并促进企业加大技术投入，形成良性发展。使需求增长，从而给企业带来效益，并促进企业加大技术投入，形成良性发展。DPS 现在还是少年，另外其它现在还是少年，另外其它 CMOS 成像技术也处于萌芽之中，在未来的成像技术也处于萌芽之中，在未来的 5 年、年、10 年，年， 20 年，新的成像器件将会逐步取代年，新的成像器件将会逐步取代 CCD。
