基于DPS寬動(dòng)態(tài)技術(shù)的探索與實(shí)際應用

　在攝像機發(fā)展的歲月里，從最初的真空管攝像機發(fā)展到現在的CCD、CMOS、DPS攝像機，隨著(zhù)攝像機應用的不斷發(fā)展，出現了各種專(zhuān)用的攝像技術(shù)，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)便是其中之一。對于一些明暗反差強烈的特殊環(huán)境，普通攝像機針對圖像的最“暗”與最“亮”部分的平衡調整能力非常有限，這時(shí)寬動(dòng)態(tài)技術(shù)便能發(fā)揮其突出的作用。

　　DPS寬動(dòng)態(tài)技術(shù)

　　在逆光情況下，一般都采用超寬動(dòng)態(tài)攝像機，超寬動(dòng)態(tài)攝像機的動(dòng)態(tài)范圍表示攝像機對圖像的最“暗”和最“亮”的調整范圍，動(dòng)態(tài)范圍越大圖像所表現的圖層就越豐富、清晰，當然圖像的色彩空間就更廣，也就是超寬動(dòng)態(tài)攝像機適應逆光環(huán)境的能力也更大。

　　傳統CCD攝像機在采集一幅圖像的過(guò)程中只對整個(gè)圖像采樣一次，因此必然會(huì )出現對整個(gè)圖像中明亮的區域曝光過(guò)度、或較暗的區域欠曝光的現象。

　　盡管寬動(dòng)態(tài)CCD攝像機與傳統CCD攝像機相比，在技術(shù)上有了一次次突破，現在已發(fā)展到第三代CCD寬動(dòng)態(tài)攝像機，寬動(dòng)態(tài)范圍也達到了160倍，或說(shuō)54dB。但有資料揭示，CCD寬動(dòng)態(tài)攝像機的動(dòng)態(tài)范圍最多也只能達到60dB?，F在已經(jīng)推出的基于CMOS的DPS技術(shù)寬動(dòng)態(tài)攝像機，其寬動(dòng)態(tài)范圍一般能達到95dB，最高能達到120dB。

　　DPS技術(shù)的主要特點(diǎn)是對每個(gè)像素進(jìn)行多次單獨無(wú)損失采樣，使動(dòng)態(tài)范圍增大，說(shuō)白了寬動(dòng)態(tài)攝像就是采用多次曝光技術(shù)平衡調整明暗圖像畫(huà)面，還原逼真現場(chǎng)的真實(shí)效果。

　　DPS(Digital Pixel System)即數字圖像傳感處理系統，它的核心技術(shù)是在每一個(gè)拾取的像素上都包含一個(gè)ADC(analong—to—digited數模轉換器)，當ADC捕捉到光信號時(shí)便直接將其轉換為數字信號并放大，這就最大限度地節省了無(wú)效的傳輸操作，降低了噪聲，保證所獲取圖像的高質(zhì)量，使得輸出后的圖像無(wú)任何拖尾和開(kāi)花現象。DPS系統在整個(gè)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字化的形式進(jìn)行，是真正純數字化的圖像傳感系統。

　　美國Pixim公司在斯坦福大學(xué)20世紀90年代技術(shù)發(fā)展的基礎上研發(fā)了一種新型的DPS圖像拾取系統，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)量圖片。源于斯坦福大學(xué)的Pixim的DPS成像技術(shù)，申請了56項專(zhuān)利，其中42項已經(jīng)生效。Pixim的DPS技術(shù)是目前唯一的直接以數字值表示光信號的圖像抓取系統。CCD和CMOS傳感器以模擬值表示光信號，然后再將模擬值轉換成數字值，DPS則不存在模擬讀出噪聲。

　　在DPS技術(shù)中每個(gè)像素都有一個(gè)ADC，每個(gè)像素的信息都是獨立捕捉和處理的，同時(shí)使用了一個(gè)32bit的CPU處理芯片ARM7(或者ARM9)控制每個(gè)像素的曝光時(shí)間，使得模—數轉換更精確。傳感器可在曝光周期內對每個(gè)像素的光線(xiàn)進(jìn)行多次和高速采樣，并控制每個(gè)像素的曝光時(shí)間，在其達到最佳狀態(tài)時(shí)存儲像素信息，因此每個(gè)像素都經(jīng)過(guò)了多次(0.8ms內)無(wú)破壞性的單獨采樣。在像素被采集后，系統再對其進(jìn)行處理，最終形成高質(zhì)量的圖像。DPS系統形成的圖像在水平和垂直分辨率上保持一致，任何角度都可以保證圖像的高分辨率。

　　Pixim的專(zhuān)利DPS技術(shù)標志著(zhù)在攝像技術(shù)上的一個(gè)根本突破，以CCD為主流技術(shù)的攝像機必將受到DPS技術(shù)的巨大沖擊。

　　DPS技術(shù)在還原性的概念上，成像良好，圖像質(zhì)量高，采用DPS技術(shù)可使每個(gè)像素的曝光時(shí)間不同，從而使同一畫(huà)面不同部分的曝光時(shí)間不盡相同。因此，整幅圖像的任意點(diǎn)，都可達到最佳圖像顯示的狀態(tài)，能得到清晰的圖像細節，更加接近真實(shí)場(chǎng)景的色彩還原。

　　Pixim公司稱(chēng)，DPS技術(shù)中“每個(gè)像素都是一部攝像機(Every pixel is a camera)”，在一幅圖像中，曝光像素有數十萬(wàn)個(gè)，即使在最苛刻的光照條件下，也可捕捉到清晰、逼真的圖像，再也不會(huì )因為陰影、眩光、反射和太陽(yáng)光而使圖像發(fā)暗或被破壞。因此，在DPS技術(shù)中，每個(gè)像素對應的光線(xiàn)都可以被優(yōu)化曝光，最終形成高質(zhì)量的圖像。

　　DPS攝像機采用的是與“人眼——大腦”系統相同的工作模式，使圖像傳感器和圖像處理器具有雙向實(shí)時(shí)互動(dòng)性。DPS攝像機圖像的攝取和處理過(guò)程，類(lèi)似于人眼和大腦的關(guān)系，在對圖像進(jìn)行處理和運算的同時(shí)，不斷向圖像傳感器下達指令，不僅調整曝光時(shí)間，而且改變實(shí)際的圖像捕捉算法，實(shí)現了智能化圖像處理功能。

　　所以，在特定的圖像特征和光照下，DPS攝像機最終能提供更詳盡、完整和真實(shí)的圖像細節，從而獲得最佳的圖像效果。