【安防知識網(wǎng)】在安防監(jiān)控領(lǐng)域，所謂攝像機寬動態(tài)，即WDR(Wide DynamicRange)，實際上是指攝像機同時可以看清楚圖像最亮與最暗部分的照度比值。因此，寬動態(tài)攝像機的動態(tài)范圍，就是表示攝像機對圖像的最“暗”和最“亮” 的調(diào)整范圍。攝像機的動態(tài)范圍越大，圖像所表現(xiàn)的圖層就越豐富、清晰，當然圖像的色彩空間就更廣，也就是寬動態(tài)攝像機適應逆光環(huán)境的能力也更大。
CCD攝像機擴展動態(tài)范圍的方法
目前，CCD攝像機擴展動態(tài)范圍的方法有如下4種：
1、單幀圖像兩次取樣方法
首先，利用成像器件CCD對監(jiān)控場景進行第一次標準速度曝光(如用1/50s快門) ，將得到的第一幀圖像存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中;
其次，利用數(shù)字信號處理器DSP對送來的圖像數(shù)據(jù)進行分析，如圖像中較暗的部分曝光正常，而有部分曝光過度的區(qū)域(即高亮度區(qū)域)，就要進行亮度評估;
第三，根據(jù)亮度評估結(jié)果，再采用高速快門進行曝光(如1/2000s快門)，并將第二次拍攝的圖像也存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中;
最后，再利用DSP并通過其中嵌入的特有的圖像處理算法，將兩幅圖像中亮度適當?shù)牟糠址謩e切割下來，在一幀新的圖像中合成起來即可。
此種方式就是所謂單幀圖像“兩次取樣方式”，或“兩次合成電子快門”。其典型特征則為基于中速感光器件及高速DSP的兩次取樣曝光及圖像分割合成技術(shù)。
2、單幀圖像多次取樣方法
首先，利用成像器件CCD對監(jiān)控場景進行第一次標準速度曝光(如用1/50s快門)，將得到的第一幀圖像存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中;
其次，利用數(shù)字信號處理器DSP并通過特有的圖像處理算法，對送來的圖像數(shù)據(jù)進行分析，當圖像中較暗的部分曝光正常，對曝光過度的區(qū)域(即高亮度區(qū)域)，進行亮度評估;
第三，根據(jù)亮度評估結(jié)果，再采用高速快門進行曝光(如1/2000s快門)，并將第二次拍攝的圖像也存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中;
第四，根據(jù)對圖像的最暗區(qū)域至最亮區(qū)域的中間過渡范圍的整體評估，再對圖像進行三次中間層次的曝光，這樣又得到了三幀針對過渡范圍內(nèi)亮度不同的曝光圖像;
最后，通過特有的圖像識別算法，將上述5幅圖像當中亮度適當?shù)牟糠址謩e切割下來，再在一幀新的圖像中合成起來，完成并最終輸出滿意的圖像即可。
此種方式就是單幀圖像的“多次取樣方式”，或“五次合成電子快門”。其典型特征則為基于高速感光器件及高速DSP的多次取樣曝光及圖像分割合成技術(shù)。
3、對數(shù)壓縮放大方法
首先，利用成像器件CCD及標準測光/曝光控制電路對監(jiān)控場景進行一次適當速度曝光，并將累計的電荷按照標準方式傳送到后端的前置放大器進行放 大。接著，前置放大器在對圖像中亮度適當及較暗的區(qū)域進行放大時，采用接近線性的放大比(對數(shù)曲線的下端)，即隨著圖像亮度的提高而放大輸出，這樣放大器 的放大比基本上是恒定的，以達到保持亮度適當及較暗區(qū)域的層次目的;前置放大器在對圖像中亮度較高的區(qū)域進行放大時，采用非線性(漸進斜率壓縮)的放大方 式(對數(shù)曲線的上端)，即隨著圖像亮度的提高而相應降低放大器的放大比例，這樣放大器的放大比及輸出電平會漸進，但非常迅速地下降，以達到壓縮高亮度區(qū)域 的目的。因此，使較暗區(qū)域的亮度適當，高亮度區(qū)域亮度壓縮，以輸出適中的圖像。
此種方式即“對數(shù)壓縮放大方式”，或“自動拐點取樣方式”。其典型特征則為基于普通感光器件單次曝光及非線性前置放大器的對數(shù)曲線放大方式。
4、輸出信號伽馬修正方法
首先，利用成像器件CCD及標準測光/曝光控制電路對監(jiān)控場景進行一次適當速度曝光，并將得到的圖像存儲到數(shù)據(jù)緩沖存儲器中;
其次，通過所設(shè)計的模擬電路或利用DSP中特有的圖像處理算法，對圖像中的不同亮度層次進行取樣，并將接近的層次劃分成若干等級，其劃分的等級數(shù)在數(shù)字處理方式中取決于圖像的復雜程度及DSP的處理能力;
最后，按照用戶要求的方式，分組逐漸降低高亮度層次間的灰階關(guān)系，同時逐漸提高低亮度層次間的灰階關(guān)系，以達到擴展低亮度區(qū)域的層次關(guān)系，壓縮高亮度區(qū)域的層次關(guān)系的目的，從而間接地擴展了圖像亮度的動態(tài)范圍。
此種方式即“伽馬修正方式”，或“灰階比率修正方式”。其典型特征則為基于模擬電路或修正算法加DSP而進行單次曝光的輸出灰階比率修正方式。
[nextpage] 攝像機動態(tài)范圍的測試方法
對攝像機動態(tài)范圍的測試方法可能不盡相同，但其測試原理大同小異，這里介紹一基本方法。
1、測試攝像機動態(tài)范圍所需的設(shè)備及條件
測試的設(shè)備：
?、偻干浠叶瓤ㄅc反射灰度卡;
?、诹炼瓤烧{(diào)的背光燈箱與亮度可調(diào)的照射光源;
?、垡曨l監(jiān)視器與波形監(jiān)視器;
?、軠y光表或照度計;
?、輼藴蕛?nèi)鏡頭等。
測試的條件：需要在暗室內(nèi)進行。
2、測試攝像機動態(tài)范圍的基本方法與步驟
第一步：在暗室中一桌子的同一垂直平面上安裝兩套雙階灰度測試卡，其中1套透射灰度卡采用亮度可調(diào)的背光光源作為恒定參照，調(diào)整背光源亮度，確 保自正面中心確認白塊表面的發(fā)散照度為2500Lux;另外一套反射灰度卡采用位于其正面的亮度可調(diào)的照射光源，以用于測定動態(tài)范圍的臨界值;
第二步：架設(shè)待測攝像機與灰度測試卡中心同水平面高度，并保持與灰度測試卡垂直平面呈90°夾角，同時使攝像機鏡頭視角能涵蓋兩套灰度測試卡;
第三步：將攝像機的輸出信號連接到視頻監(jiān)視器與波形監(jiān)視器;
第四步：在攝像機加電穩(wěn)定后，開啟擴展動態(tài)范圍功能，將正面的照射光源的亮度調(diào)整到2500Lux。顯然，在這種照度下是曝光過度的(出廠的標 準照度多為2000Lux)，此時反射灰度卡的白色端條紋可能會出現(xiàn)層次混合，即有兩條或更多灰度條表現(xiàn)出相同的白色，而分辨不出亮度的差別;
第五步：再不斷緩慢降低光源亮度，并不斷從波形監(jiān)視器上觀察與記錄反射灰度測試卡波形的頂電平。當頂電平因為光源照度降低而開始相應降低時，記 錄此時的照度值(如L1)，這一照度值即為該攝像機動態(tài)范圍的上限。此時的攝像機應當正好可以表現(xiàn)出亮度較大的白色條紋之間的亮度層次區(qū)別;
第六步：然后再不斷繼續(xù)緩慢降低亮度，并不斷從波形監(jiān)視器上觀察與記錄反射灰度測試卡波形的頂電平。當頂電平不再因為光源照度降低而繼續(xù)相應降 低時，記錄此時的照度值(如L2)，這一照度值即為該攝像機動態(tài)范圍的下限。此時攝像機拍攝的灰度卡圖像中在亮度暗的兩個灰黑色條紋之間的亮度層次區(qū)別應當正好消失而混合成一塊黑色。
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