面對強逆光的惡劣環(huán)境，寬動態(tài)攝像機解決了安防監(jiān)控的一大難題，明、暗區(qū)域同時看清楚，可以為安防提供更為有力的視頻圖像。本次專題適逢2008年中國國際社會公共安全產(chǎn)品展覽會，本文提供廠家寬動態(tài)攝像機新產(chǎn)品，以饗讀者。同時管中窺豹，從眾新款寬動態(tài)攝像機產(chǎn)品中，一窺其發(fā)展趨勢。

    在安防視頻監(jiān)控中，當(dāng)拍攝場景中出現(xiàn)不同區(qū)域光亮明暗對比強烈的情況時，攝像機總是難以協(xié)調(diào)強光源與暗光源區(qū)域的曝光量，以致拍攝出來的圖像難以同時看清楚強光源區(qū)域與暗光源區(qū)域。寬動態(tài)攝像機的出現(xiàn)解決了這一難題。

    而自1997年松下電器有限公司推出第一款寬動態(tài)攝像機之后，國內(nèi)外眾多的攝像機廠家如博世、Honeywell、GE、Sony、LG、JVC、池上、慧友等也相繼推出了各自的寬動態(tài)攝像機。同時，基于CCD與基于DPS芯片的兩種技術(shù)方案在寬動態(tài)攝像機設(shè)計方面也呈現(xiàn)出齊步發(fā)展的趨勢。

技術(shù)繼續(xù)深化 細節(jié)體現(xiàn)性能
    目前市場上的寬動態(tài)攝像機主要有兩種技術(shù)實現(xiàn)方案，一種是以圖像傳感器配合數(shù)字信號處理器的方式實現(xiàn)寬動態(tài)效果，主要實現(xiàn)形式為雙倍速CCD+DSP、普通CCD+雙快門等，該技術(shù)方案采取雙曝光或者多次曝光的方式，并通過DSP將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出，最后將兩次曝光或者多次曝光形成的畫面進行合成，從而得到一幅光、暗處都能清晰表現(xiàn)的畫面（以下稱該類寬動態(tài)攝像機為CCD寬動態(tài)攝像機）；另一種是采用DPS（數(shù)字圖像傳感與處理系統(tǒng)）的技術(shù)方案，該方案中DPS可以對拍攝區(qū)域進行多次單獨無損失采樣，并直接輸出數(shù)字信號，因此無需經(jīng)過DSP對信號進行轉(zhuǎn)換（以下稱該類寬動態(tài)攝像機為DPS寬動態(tài)攝像機）。

    而在2008年中國國際社會公共安全產(chǎn)品展覽會上，歸屬兩種技術(shù)方案派系的廠家均各自推出了新的寬動態(tài)攝像機，松下將他們的第五代寬動態(tài)技術(shù)SD5作為主推產(chǎn)品，吸引了眾多參觀者的眼球，而Sony公司也推出了新的CCD和Dynaview+寬動態(tài)技術(shù)。新寬動態(tài)技術(shù)體驗區(qū)已經(jīng)成為此次安防展上的一大亮點。

1.CCD寬動態(tài)攝像機：深耕DSP求突破
    影響攝像機拍攝圖像寬動態(tài)效果的最直接因素是圖像傳感器和數(shù)字信號處理器的性能，而目前在視頻監(jiān)控方面應(yīng)用的主要為Sony及其它少數(shù)幾家的CCD，這些不同廠家的CCD在基本性能上差距十分小，因此，各廠家如何針對性地開發(fā)DSP，提升DSP的性能成為提升寬動態(tài)攝像機性能的關(guān)鍵。

    而CCD寬動態(tài)攝像機到目前為止已經(jīng)有10多年的發(fā)展歷史，其技術(shù)方案已經(jīng)十分成熟，因此在新型產(chǎn)品開發(fā)特別是在DSP開發(fā)方面會具備針對性，主要是針對以往的DSP不足之處進行完善與提升，通過提高DSP的處理能力與處理速度，可使單位時間內(nèi)每個像素的曝光更為充分，以形成更寬動態(tài)、色彩還原更接近現(xiàn)實的圖像。從目前的新產(chǎn)品來看，各主流廠家的寬動態(tài)攝像機基本上都具備120倍以上的動態(tài)范圍、540線以上的水平清晰度，在色彩還原及色階過渡方面更接近現(xiàn)實，光暗區(qū)域?qū)Ρ雀鼮槠胶狻nextpage]

    如Sony有限公司日前推出的寬動態(tài)機型SSC-DC670/DC690系列就針對清晰度、色彩還原、色階過渡等方面作出了改善。索尼（中國）專業(yè)系統(tǒng)集團產(chǎn)品市場科產(chǎn)品經(jīng)理文軍介紹，該系列寬動態(tài)攝像機采用了Sony最新研發(fā)的Dynaview+技術(shù)，基于該技術(shù)的DSP在靈敏度方面有了比較大的提高（可達0.05Lux），這促使DSP的處理速度得到提高，因而在每個像素上的曝光變得更為充分。于是該系列產(chǎn)品的性能得到了比較大的提升，寬動態(tài)范圍達到了128倍，具備540線的水平清晰度，光、暗區(qū)域圖像較之以往的機型更為平衡，在色彩還原與色階過渡方面更為自然且接近現(xiàn)實。

    上海樂金廣電電子有限公司（LG）在寬動態(tài)攝像機開發(fā)方面同樣采取加強DSP的方式，并于近期開發(fā)出擁有自主專利的3D-DNR數(shù)字信號處理器，針對以往的機型可能造成的色彩還原不真實、光暗區(qū)域顯示不均衡、拍攝高速移動物體產(chǎn)生拖尾等情況進行了改進。據(jù)該公司安防開發(fā)室先任研究員文永介紹，該公司最新的寬動態(tài)攝像機為LS902P-B/LS092P-B1超寬動態(tài)日夜型攝像機，其技術(shù)方案是在圖像采樣時通過對畫面劃分為五個區(qū)域，再對五個區(qū)域的光值進行測算，并對光值測算結(jié)果進行平衡與綜合，以通過五個區(qū)域的光值計算其均值峰值，使圖像采集在光、暗部分更為接近。此外，該款DSP還可以根據(jù)不同時間內(nèi)進入光圈的光線強弱進行判斷，并實時自動調(diào)整曝光量，使拍攝出來的畫面具備更大的寬動態(tài)范圍，攝像機的靈敏度也顯得更高，拍攝高速移動物體時不會產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，并且在色彩還原方面更接近現(xiàn)實，特別是在外景方面可以看得更清楚，克服了以往專注于看清楚內(nèi)景而在外景方面的欠缺，使內(nèi)外景可以均衡地顯示，為安防監(jiān)控中更好地發(fā)現(xiàn)不法分子的行動軌跡提供了方便。

    此外，通過多次曝光（如五次曝光）來增加暗區(qū)曝光量的技術(shù)在CCD寬動態(tài)攝像機的設(shè)計方面已經(jīng)越來越得到廠家的重視，相比于以往的雙倍速CCD和雙快門技術(shù)，進行多次曝光采樣形成的圖像在光暗區(qū)域?qū)Ρ扰c過渡、色彩還原、色階過渡等方面均表現(xiàn)優(yōu)異，特別是暗區(qū)在增加曝光量之后形成的圖像可以更為清晰。

    值得注意的是，目前攝像機業(yè)界在更高性能CCD的研發(fā)方面也出現(xiàn)了突破，Sony新推出了super HAD二代CCD，該CCD增強了攝像機針對單個像素進行采集的感光能力。普通CCD在每個像素點上只有一個聚光鏡片，而super HAD二代CCD為了有效利用像素之間的間隙，提高像素點的感光能力，在每一個像素點上都有兩片用作聚光的透鏡，這兩片透鏡不但對像素進行采集，同時在像素與像素之間的間隙也進行放大，使單像素的感光面積增大30%，極大地增強了CCD整體的感光能力，暗景更具通透感，因此表現(xiàn)力也更強。相信該類CCD大量應(yīng)用到安防之后，CCD寬動態(tài)攝像機的性能再次得到較大幅度提高將指日可待。

2.DPS寬動態(tài)攝像機：更高動態(tài)范圍是永恒的追求
    DPS是基于CMOS的寬動態(tài)技術(shù)方案，由美國Pixim公司研發(fā)并推出其在寬動態(tài)攝像機方面的應(yīng)用。與CCD不同，這是一種純數(shù)字化的圖像拾取系統(tǒng)，其本身就已經(jīng)將圖像傳感器及圖像信號處理器包含在同一芯片上。DPS的核心技術(shù)是在每一個拾取的像素上都包含一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC，在捕捉到光信號時，直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并將其放大，可最大限度地節(jié)省無效的傳輸操作，降低了噪音和衰減，保證了獲取圖像的高質(zhì)量性，在輸出后的圖像無拖尾、垂直光斑和開花現(xiàn)象。DPS系統(tǒng)在整個圖像的獲取、傳輸和處理中，不論前端的拾取還是后端的處理完全以數(shù)字化的形式進行。

    因為通過DPS技術(shù)方案研發(fā)制造寬動態(tài)攝像機是池上公司在2005年10月才實現(xiàn)的，因此該技術(shù)方案目前尚不及CCD技術(shù)方案成熟，但是經(jīng)過三年的發(fā)展，該項技術(shù)在寬動態(tài)攝像機的研發(fā)方面也實現(xiàn)了突破，特別是在寬動態(tài)范圍方面，目前基于DPS技術(shù)方案的寬動態(tài)攝像機大多可實現(xiàn)95dB以上的寬動態(tài)范圍，甚至部分機型的寬動態(tài)范圍可達120dB。這引發(fā)國內(nèi)外眾多監(jiān)控廠家如博世、Honeywell、GE、景陽等開始采用該技術(shù)方案來研發(fā)自身品牌的寬動態(tài)攝像機。[nextpage]

    如深圳市景陽數(shù)碼技術(shù)有限公司就跟Pixim合作，并先后開發(fā)出數(shù)款DPS寬動態(tài)攝像機，其最新的SN-586C/B超寬動態(tài)日夜型高清晰度攝像機在動態(tài)范圍、清晰度等方面較之以往機型有著比較大的突破。據(jù)該公司技術(shù)部工程師石勝奇介紹，因為DPS可以對每個像素進行多次單獨無損失采樣，并控制每個像素的最佳采樣時間，從而使每個像素達到最佳狀態(tài)時才存貯像素信息，因此獲取的監(jiān)控場景中光、暗區(qū)域的圖像信息會更為詳細，該款寬動態(tài)攝像機在寬動態(tài)范圍可達120dB，形成的圖像可以更容易分辨光、暗區(qū)域的物體。而在場景環(huán)境（如溫度、光線）隨時間延長而發(fā)生變化的時候，系統(tǒng)可重新對每個像素進行多次采樣曝光，圖像畫面作相應(yīng)的調(diào)整，最終保持畫面的清晰。當(dāng)長時間監(jiān)視某一場景的時候，DSP技術(shù)攝像機會隨時間、光線和溫度的變化做出自動調(diào)整，使得圖像的畫面可以持續(xù)保持清晰。

    而上?；塾雁潋戀Q(mào)易有限公司以往致力于CCD寬動態(tài)攝像機的研發(fā)，目前也轉(zhuǎn)向DPS寬動態(tài)攝像機的研發(fā)，并推出了EQ600系列寬動態(tài)攝像機。該公司北京分公司經(jīng)理胡海表示，相較于CCD，DPS寬動態(tài)攝像機更容易實現(xiàn)動態(tài)范圍的提升，部分DPS寬動態(tài)攝像機甚至可以達到160dB。安防業(yè)界希望在攝像機寬動態(tài)范圍獲得突破，DPS的技術(shù)方案是未來重要的發(fā)展方向。DPS可以在曝光周期內(nèi)對進入每個像素的光線進行多次取樣，并不僅僅記錄每個像素的光線總量，也計算光線的變化速率，對每個像素光線的處理可以達到比CCD和CMOS更寬的動態(tài)范圍，在光線變化很大的情況下具有更出色的圖像效果，在色彩還原上具備更強的真實性。圖像處理系統(tǒng)對每個像素持續(xù)地進行模數(shù)轉(zhuǎn)化并以并行方式發(fā)送，整個圖像處理過程全數(shù)字化，因此可提供很高的信噪比和精確再現(xiàn)原始的畫面質(zhì)量。

3.輔助性技術(shù)提升競爭力
    除了在技術(shù)方案上提升寬動態(tài)攝像機的性能外，一些輔助性的技術(shù)設(shè)計對寬動態(tài)攝像機的彌補也很關(guān)鍵，特別是在寬動態(tài)技術(shù)發(fā)展十多年并進入技術(shù)成熟期后，希望通過主要元器件的提升來達到整體寬動態(tài)效果的突破已經(jīng)十分困難，因此，在各種輔助性的技術(shù)設(shè)計方面如何下苦功進行研究成為決定廠家寬動態(tài)攝像機產(chǎn)品先進與否的關(guān)鍵。

    慢速快門、幀積累、伽馬曲線對形成的圖像進行修正等方面的設(shè)計十分重要。Sony產(chǎn)品技術(shù)部工程師秦杰介紹，如何研發(fā)更適合黑暗環(huán)境下通過足夠慢的快門以及幀積累來提高該區(qū)域的曝光量，需要廠家在技術(shù)方面十分精細的參數(shù)研究與設(shè)置。而Sony最新推出的Dynaview+寬動態(tài)技術(shù)，采取6種伽馬曲線調(diào)整的方式，對暗區(qū)采樣進行修正與調(diào)整。同時在光、暗區(qū)采樣方面，可根據(jù)用戶的意見進行參數(shù)的調(diào)整，決定是加強光亮區(qū)還是暗區(qū)為主的圖像采集。

    此外，在運用強光抑制、自動增益、自動白平衡等增強型技術(shù)方面，亦是考驗廠家細節(jié)的方面，目前大多廠家都在寬動態(tài)攝像機中加入了該類元素，使寬動態(tài)攝像機能夠通過量的積累而提升更高的性能。如Sony就采用了聚光筒功能，可以使單像素的采光提高4倍；而LG則在自動白平衡的設(shè)計方面下功夫，使攝像機的色彩校正更符合現(xiàn)實。相信以后各廠家在這些輔助技術(shù)上的研究會更多，從而通過各個方面的提升來達到寬動態(tài)攝像機整體性能的大幅度完善。[nextpage]

功能整合突現(xiàn)未來發(fā)展方向
    在2008年中國國際社會公共安全產(chǎn)品展覽會上，松下電器（中國）有限公司推出了最新的第五代寬動態(tài)技術(shù)SD5，該款寬動態(tài)攝像機除了在性能上取得部分提升外，其移動物體檢測與智能跟蹤，并對移動物體采取獨立曝光的設(shè)計理念獲得了眾多安防業(yè)界人士的關(guān)注。該公司系統(tǒng)解決方案營銷公司AV系統(tǒng)設(shè)備部AV設(shè)備課產(chǎn)品經(jīng)理陳永介紹，該款寬動態(tài)攝像機除了在圖像清晰度達到600線等性能的提升以外，最重要的是在寬動態(tài)攝像機里加入的智能化元素，使攝像機更為適合安防監(jiān)控的需要?！鞍卜辣O(jiān)控應(yīng)用寬動態(tài)攝像機的目的是什么？是為了看清楚需要看清楚的移動物體。因此，松下在第五代寬動態(tài)攝像機的設(shè)計中不但延繼了以往智能化的設(shè)計如自動圖像穩(wěn)定、場景變化檢測、智能跟蹤等，更重要的是，我們在智能鎖定、跟蹤移動物體的基礎(chǔ)上，通過三維立體的算法使移動物體的檢測變得更為準(zhǔn)確，并且針對安防的需要特別對移動物體進行了單獨的曝光，使人們可以更清楚地辨認移動物體的生理特征?！?/P>

    眾多業(yè)內(nèi)人士認為，智能前端化的趨勢越來越受到用戶的關(guān)注，松下在寬動態(tài)攝像機里整合視頻智能分析的做法值得借鑒，相信在未來會有更多的功能整合在攝像機里，使寬動態(tài)攝像機本身就成為一個可以獨立處理監(jiān)控事件的系統(tǒng)。

    此外，目前的寬動態(tài)攝像機中大多具備日夜轉(zhuǎn)換的功能，在光照不足的情況通過彩轉(zhuǎn)黑白來提升攝像機的光攝入量，以讓“攝像機看得更清楚”。杰偉世貿(mào)易（上海）有限公司（JVC）北京分公司技術(shù)二課課長韓曉洲介紹，通過十多年的技術(shù)研發(fā)，寬動態(tài)攝像機要在性能上取得變革性的突破已經(jīng)十分困難，目前考驗廠家的是在一些細節(jié)方面的設(shè)計，以量的變化來使寬動態(tài)攝像機的性能得到提升。日夜型寬動態(tài)攝像機正是為了應(yīng)對光線不足時攝像機無法正確判斷快門速度而設(shè)計的，當(dāng)攝像機處于黑白拍攝時，攝像機的快門速度可以更容易地進行判斷，因此順應(yīng)了安防監(jiān)控對這種情況下清晰地拍攝場景的需要。

    未來，將會有越來越多的功能整合在寬動態(tài)攝像機中，在寬動態(tài)攝像機中增加智能化、低照度等方面的功能將成為寬動態(tài)攝像機發(fā)展的一大趨勢。

結(jié)語：寬動態(tài)攝像機未來將成標(biāo)配
    在銀行業(yè)、道路、停車場、大廈出入口、港口、海關(guān)等視頻監(jiān)控市場領(lǐng)域，光、暗區(qū)域形成強烈對比的情況下，寬動態(tài)攝像機的應(yīng)用將越來越廣。兩種技術(shù)方面目前呈現(xiàn)出平行發(fā)展的態(tài)勢也必將促使相關(guān)廠家繼續(xù)加大力量進行技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)，使其更適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境。而隨著其技術(shù)越來越成熟，寬動態(tài)攝像機的應(yīng)用也必將更為廣闊，正如松下陳永所說，“未來，寬動態(tài)功能將成為視頻監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)功能匹配?！?