宽动态监控摄像机CCD/CMOS+DSP解析CCD+DSP 技术：DSP芯片是一种特殊的微处理器，根据数字信号处理理论的数学模型和算法，设计出专 门的数字信号微处理器芯片。计算程序全部“硬化”，数字滤波器所需要的其他设备也全部 集成、硬化，比如加法器、存储器、控制器、输入输出接口，甚至其他类型的外部设备等。 许多在模拟信号处理器中无法进行的工作，都可以在数字处理中进行，如二维数字滤波、数 字动态图像检测、数字背景光补偿、肤色轮廓校正、细节补偿频率调节、准确的彩色矩阵、 精确的校正、自动聚焦等。超级宽动态技术常使用双速CCD配合DSP的处理方式 这种双曝光（或双快门）技术的核 心是针对明暗反差较大的场景，摄像机先对明亮区域进行一次快速曝光得到一幅亮部区域 清晰正常的图像并存储到数据缓冲存储器中；然后再对场景中暗部区域进行一次慢速曝光， 得到一幅暗部区域画面清晰的图像也存储到数据缓冲存储器中。以上曝光完毕后，利用DSP 特有的图像处理算法，将两幅图像当中亮度适当的部分分别切割下来，最后进行叠加合成并 输出一幅明暗区域都清晰可见的图像这样就能避免亮部曝光过度和暗部曝光不足的问题， 从而使整个画面都清晰可见，以实现宽动态的处理效果。但如果采用不同DSP芯片，在具体 细节上还是有明显差别，比如对灵敏度、色还原度、白平衡等的处理。CMOS+DPS 技术美国Pixim公司在斯坦福大学20世纪90年代技术发展基础上研发了一种基于CMOS技术 的新型的图像拾取系统DPS（数字像素处理系统），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。宽动态功能划时代地提升了一幅图像中亮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。在宽动态处理上，DPS采用的是每一个像素单独曝光和 ARM7控制技术，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。从数值上来说，采用DPS 技术的CMOS摄像机就目前的处理技术，其动态范围即可到达）5dB，甚至可至120dB。在扩大 动态范围的同时，DPS也解决了 CCD传感器在处理动态范围和色彩真实性上的不足，其色彩 还原性更加真实，能够满足应用的要求。使用这种技术的摄像机在数字图像传感器里每一个 像素中都使用了一个模拟数字转换器（ADC），在捕捉到光信号时直接转化为数字信号，最大 程度地降低了信号在排列中的衰减和干扰。DPS技术体现的宽动态功能划时代地提升了一幅图像中亮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。由于DPS采用的单一像素曝光和ARM7控制技术，所 以相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。又由于DPS的每个像素单独处理技术， 也解决了 CCD传感器在处理动态范围时带来的色彩还原性不足等问题。但也需要指出，由于DPS是基于每个像素单独处理的技术，因其每个像素都包含一套完 整的处理电路，从而也大大减小了每个像素的感光面积即感光量减少其结果是基于CMOS 和DPS技术的摄像机，其灵敏度是有显著影响的，或说不甚满意。对比CCD宽动态技术，艾普视达的市场部经理范清华表示：“值得注意的是，由于CCD 的固有特性，即便是采用多次曝光方式，CCD摄像机的宽动态范围最多也只有66dB，而CMOS 宽动态摄像机据悉其动态范围已能达到120dB以上，在未来CMOS宽动态技术将有更大的发 展空间。”摄像机宽动态解决摄像机的高清问题随着安防行业的不断发展，监控摄像机的应用技术也在人们的广泛需求中不断的实现突破。 在应对低照度的环境拍摄中，从最初的黑白摄像机，再到后来的红外支持，曝光补偿等技术 的应用，都反映了用户对于摄像机在不同光线下成像效果要求的不断提高。但是，在一些光 线反差较大的场景中，单纯依靠传统的曝光补偿功能很容易造成局部环节成像的大量变色和 失真。此外，由于背光补偿是靠突出主要场景、弱化背景的模式进行光照度的提升，这无疑 给大范围环境下的整体监控带来了很大的限制。因此，宽动态技术便在人们的期待和需求中 应运而生。何谓宽动态？所谓宽动态，其实是监控摄像机同时看清亮暗不同光照环境下的照度比值。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。当在强光源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。而我们常常听说的动态范围，当然也就是对监控摄像机在可接受的最亮与最暗环境下的 调整范围。对于一台具有宽动态能力的监控摄像机来说，可调整的动态范围越大，图像所体 现出的图层也就越丰富、越清晰，而图像的色彩空间也就变得更广，这样就意味着这台摄像 机所能够适应的色差的能力越强。如何实现宽动态当前，视频监控摄像机的镜头主要是CCD芯片和CMOS芯片构成。因此，对于摄像机的 宽动态工作原理来说，基本上也是基于这两类镜头的技术特点展开。1、CCD与微处理器技术说到这类宽动态技术，我们首先给大家先简单的介绍一下DSP微处理器。它是根据数字 信号的处理特点，以及数字模型和算法等方面，综合设计出的数字信号处理装置。当DSP 处理器与CCD芯片配合实现宽动态功能时。先由监控摄像机对着亮区进行一次快速曝光拍 摄，然后再对光线较暗的区域进行一次慢速曝光拍摄。进行完两次拍摄之后，利用DSP特有 的图像处理算法，将存在缓冲器中的两幅度进行分类切割，尔后通过叠加与合成完成对图片 的亮暗调整。从而可以避免因光差过大而造成的曝光过度或者曝光不足，最终实现整个画面 的成像清晰。尽管对于CCD芯片本身来说，它的低照度能力要明显强于CMOS芯片，因而对 于色差明显的情况下有一定的自我调整能力。但是如果缺乏DSP技术的支持的话，在一些白 平衡，灵敏度的细节处理上，还是有不小的差距的。2、CMOS与数字像素处理技术除了 CCD芯片，CMOS芯片也是当前另一主要的镜头成像配置设备。与CMOS芯片相比， CCD芯片的优势在于有着更强的低照度能力。而CMOS芯片在画质清晰度的实现上，有着比 CCD芯片更好的保证。因此，CMOS芯片在网络监控设备上有着更加普遍的应用。而针对于这个特点，美国在上个世纪末研发了解决CMOS芯片宽动态问题的技术-DPS 数字像素处理系统。与DSP技术处理方式不同的是，DPS技术在处理单幅图片中亮区和暗区 的能力上有着突出的表现，从而摆脱了 DSP技术中通过亮暗合成的解决方式，保证了图片的 整体性。从技术上来看，DPS技术采用每个像素单独曝光和嵌入式处理器结合的控制技术，比CCD 的两次曝光有着更高的动态范围，在色彩还原方面也更加的真实。而从数值上来分析，DPS技术下的动态范围相比于DSP技术也有着更高的表现。此外， 应用DPS技术解决色差问题的监控摄像机一般还都会在图像传感器的每个像素中加装模拟 数字转换器。这使得可以讲光学信号随时转化为数字信号，可以说保障了图像信号的真实性 和完整性。降低了信号的衰减和干扰。关注宽动态的简单鉴别对于我们购买电子产品来说，通过机械的测算无疑是最准确的一种验证方法。但是在许 多时候，我们几乎不可能为了购买一套设备，而再去专为其配置一套专业验证设备。因此， 依靠周边环境的特点以及对光照环节变化的观察，再加上不同类型摄像机的比对，则可以帮 助我们在性能分析上省去不少的麻烦。首先，在了解监控摄像机的宽动态性能时，挑选一个光线清晰的逆光场所，这里我们可 以选择安装玻璃门的店铺来做参考。在测试中，我们可以挑选一台普通摄像机与一台宽动态 摄像机作对比，使他们同时逆光拍摄一个地点。一般情况下，普通摄像机会因为光线反差过 大而难以清晰的显示监控内的全部景象，即使启用背光补偿功能，也会因为光线的反差而造 成远近情景清晰度的差别。而宽动态摄像机则可以很好的避免这种情况，实现全监控范围的 清晰，这方面显示的差别还是很明显的。另一方面，在夜晚的环境下将摄像机接受车灯的直 接照射，通过观察是否有竖线的出现，或者移动物体是否发虚，也都是观测宽动态摄像机工 作性能不错的方式。此外，在观测过程中，通过对开机画面稳定时间的长短，也可以分析出宽动态芯片的处 理速度。在我们选择宽动态摄像机时，除了监测宽动态的范围之外，摄像机的清晰度，色彩 还原度和操作性方面，也是需要我们在多次的模拟和对比之后做出判断的主要方面。作为一款非常实用的光线调整技术，宽动态功能在提升光照环境、扩展监控范围方面做 出了非常大的贡献。虽然在一些技术的应用上还有很多需要改进的地方，尤其在DPS的应用 上更是存在灵敏度受影响的缺陷，但是作为光线调整技术中的一种，能一步实现如此大范围 的成像平衡已经实属不易。而对于宽动态技术本身来说，只有不断的拓展自身技术，实现更 多环境更多技术条件下的高质量成像，才会让宽动态技术本身在监控技术的快速发展中走的 更远。宽动态监控摄像机咨询：李思鑫