寬動(dòng)態(tài)監控攝像機CCD/CMOS-DSP解析

寬動(dòng)態(tài)攝像機到現在為止，究竟經(jīng)歷了幾代，沒(méi)能講得清楚。就技術(shù)而言，不算背光補償技術(shù)，寬動(dòng)態(tài)現有二種重要實(shí)現方式：CCD+DSP技術(shù)和CMOS+DPS技術(shù)。

CCD+DSP技術(shù)：

DSP芯片是一種特殊的微處理器，根據數字信號處理理論的數學(xué)模型和算法，設計出專(zhuān)門(mén)的數字信號微處理器芯片。計算程序全部“硬化”，數字濾波器所需要的其他設備也全部集成、硬化，比如加法器、存儲器、控制器、輸入/輸出接口，甚至其他類(lèi)型的外部設備等。許多在模擬信號處理器中無(wú)法進(jìn)行的工作，都可以在數字處理中進(jìn)行，如二維數字濾波、數字動(dòng)態(tài)圖像檢測、數字背景光補償、膚色輪廓校正、細節補償頻率調節、準確的彩色矩陣、精確的校正、自動(dòng)聚焦等。

超級寬動(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)的核心是針對明暗反差較大的場(chǎng)景，攝像機先對明亮區域進(jìn)行一次快速曝光，得到一幅亮部區域清晰正常的圖像并存儲到數據緩沖存儲器中;然后再對場(chǎng)景中暗部區域進(jìn)行一次慢速曝光，得到一幅暗部區域畫(huà)面清晰的圖像也存儲到數據緩沖存儲器中。以上曝光完畢后，利用DSP特有的圖像處理算法，將兩幅圖像當中亮度適當的部分分別切割下來(lái)，最后進(jìn)行疊加合成并輸出一幅明暗區域都清晰可見(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)現寬動(dòng)態(tài)的處理效果。但如果采用不同DSP

芯片，在具體細節上還是有明顯差別，比如對靈敏度、色還原度、白平衡等的處理。

CMOS+DPS技術(shù)

美國Pixim公司在斯坦福大學(xué)20世紀90年代技術(shù)發(fā)展基礎上研發(fā)了一種基于CMOS技術(shù)的新型的圖像拾取系統——DPS(數字像素處理系統)，此系統可以通過(guò)其超強的寬動(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域的影像拍攝效果，可以達到比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。從數值上來(lái)說(shuō)，采用DPS技術(shù)的CMOS攝像機就目前的處理技術(shù)，其動(dòng)態(tài)范圍即可到達95dB，甚至可至120dB。在擴大動(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(mǎn)足應用的要求。使用這種技術(shù)的攝像機在數字圖像傳感器里每一個(gè)像素中都使用了一個(gè)模擬數字轉換器(ADC)，在捕捉到光信號時(shí)直接轉化為數字信號，最大程度地降低了信號在排列中的衰減和干擾。

DPS技術(shù)體現的寬動(dòng)態(tài)功能劃時(shí)代地提升了一幅圖像中亮和暗區域的影像拍攝效果，可以達到比CCD更真實(shí)、更清晰的圖像。由于DPS采用的單一像素曝光和ARM7控制技術(shù)，所以相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動(dòng)態(tài)范圍。又由于DPS的每個(gè)像素單獨處理技術(shù)，也解決了CCD傳感器在處理動(dòng)態(tài)范圍時(shí)帶來(lái)的色彩還原性不足等問(wèn)題。

但也需要指出，由于DPS是基于每個(gè)像素單獨處理的技術(shù)，因其每個(gè)像素都包含一套完整的處理電路，從而也大大減小了每個(gè)像素的感光面積，即感光量減少，其結果是基于CMOS和DPS技術(shù)的攝像機，其靈敏度是有顯著(zhù)影響的，或說(shuō)不甚滿(mǎn)意。

對比CCD寬動(dòng)態(tài)技術(shù)，艾普視達的市場(chǎng)部經(jīng)理范清華表示：“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攝像機的寬動(dòng)態(tài)范圍最多也只有66dB，而CMOS寬動(dòng)態(tài)攝像機據悉其動(dòng)態(tài)范圍已能達到120dB以上，在未來(lái)CMOS寬動(dòng)態(tài)技術(shù)將有更大的發(fā)展空間。”

結語(yǔ)：

作為一種非常實(shí)用的寬動(dòng)態(tài)攝像機，在技術(shù)層面的發(fā)展必然會(huì )精益求精?？傊?，唯有寬動(dòng)態(tài)技術(shù)自身的不斷提升，才能被更多的使用者接受，從而走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。