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監控基礎知識
CCD寬動態攝像機擴展範圍與測試方法一覽
时间:2012-05-14 09:34來源:慧聰安防網

安防監控领域,所谓摄像机宽动态,即WDR(Wide DynamicRange),实际上是指摄像机同时可以看清楚图像最亮与最暗部分的照度比值。因此,寬動態攝像機的动态范围,就是表示摄像机对图像的最“暗”和最“亮” 的调整范围。摄像机的动态范围越大,图像所表现的图层就越丰富、清晰,当然图像的色彩空间就更广,也就是寬動態攝像機適應逆光環境的能力也更大。

  CCD攝像機擴展動態範圍的方法

  目前,CCD攝像機擴展動態範圍的方法有如下4種:

  1、單幀圖像兩次取樣方法

  首先,利用成像器件CCD对监控场景进行第一次标准速度曝光(如用1/50s快门) ,将得到的第一帧图像存储到数据缓冲存储器中;

  其次,利用數字信號處理器DSP對送來的圖像數據進行分析,如圖像中較暗的部分曝光正常,而有部分曝光過度的區域(即高亮度區域),就要進行亮度評估;

  第三,根據亮度評估結果,再采用高速快門進行曝光(如1/2000s快門),並將第二次拍攝的圖像也存儲到數據緩沖存儲器中;

  最後,再利用DSP並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的部分分別切割下來,在一幀新的圖像中合成起來即可。

  此种方式就是所谓单帧图像“两次取样方式”,或“两次合成电子快门”。其典型特征则为基于中速感光器件及高速DSP的两次取样曝光及图像分割合成技術。

  2、單幀圖像多次取樣方法

  首先,利用成像器件CCD對監控場景進行第一次標准速度曝光(如用1/50s快門),將得到的第一幀圖像存儲到數據緩沖存儲器中;

  其次,利用數字信號處理器DSP並通過特有的圖像處理算法,對送來的圖像數據進行分析,當圖像中較暗的部分曝光正常,對曝光過度的區域(即高亮度區域),進行亮度評估;

  第三,根據亮度評估結果,再采用高速快門進行曝光(如1/2000s快門),並將第二次拍攝的圖像也存儲到數據緩沖存儲器中;

  第四,根據對圖像的最暗區域至最亮區域的中間過渡範圍的整體評估,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範圍內亮度不同的曝光圖像;

  最後,通過特有的圖像識別算法,將上述5幅圖像當中亮度適當的部分分別切割下來,再在一幀新的圖像中合成起來,完成並最終輸出滿意的圖像即可。

  此种方式就是单帧图像的“多次取样方式”,或“五次合成电子快门”。其典型特征则为基于高速感光器件及高速DSP的多次取样曝光及图像分割合成技術。

  3、對數壓縮放大方法

  首先,利用成像器件CCD及标准测光/曝光控制电路对监控场景进行一次适当速度曝光,并将累计的电荷按照标准方式传送到后端的前置放大器进行放 大。接着,前置放大器在对图像中亮度适当及较暗的区域进行放大时,采用接近线性的放大比(对数曲线的下端),即随着图像亮度的提高而放大输出,这样放大器的放大比基本上是恒定的,以达到保持亮度适当及较暗区域的层次目的;前置放大器在对图像中亮度较高的区域进行放大时,采用非线性(渐进斜率压缩)的放大方 式(对数曲线的上端),即随着图像亮度的提高而相应降低放大器的放大比例,这样放大器的放大比及输出电平会渐进,但非常迅速地下降,以达到压缩高亮度区域 的目的。因此,使较暗区域的亮度适当,高亮度区域亮度压缩,以输出适中的图像。

  此種方式即“對數壓縮放大方式”,或“自動拐點取樣方式”。其典型特征則爲基于普通感光器件單次曝光及非線性前置放大器的對數曲線放大方式。

  4、輸出信號伽馬修正方法

  首先,利用成像器件CCD及標准測光/曝光控制電路對監控場景進行一次適當速度曝光,並將得到的圖像存儲到數據緩沖存儲器中;

  其次,通過所設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,並將接近的層次劃分成若幹等級,其劃分的等級數在數字處理方式中取決于圖像的複雜程度及DSP的處理能力;

  最後,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系,同時逐漸提高低亮度層次間的灰階關系,以達到擴展低亮度區域的層次關系,壓縮高亮度區域的層次關系的目的,從而間接地擴展了圖像亮度的動態範圍。

  此種方式即“伽馬修正方式”,或“灰階比率修正方式”。其典型特征則爲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。