CCD寬動態攝像機擴充套件範圍與測試方法

2011-04-13 cbsi中國· 型別: ****: cbsi中國·pchome 作者: 陸裡進責編: 李濤

在安防監控領域，所謂攝像機寬動態，即wdr(wide dynamicrange)，實際上是指攝像機同時可以看清楚影象最亮與最暗部分的照度比值。因此，寬動態攝像機的動態範圍，就是表示攝像機對影象的最「暗」和最「亮」的調整範圍。攝像機的動態範圍越大，影象所表現的圖層就越豐富、清晰，當然影象的色彩空間就更廣，也就是寬動態攝像機適應逆光環境的能力也更大。

ccd攝像機擴充套件動態範圍的方法

目前，ccd攝像機擴充套件動態範圍的方法有如下4種：

1、單幀影象兩次取樣方法

首先，利用成像器件ccd對監控場景進行第一次標準速度**(如用1/50s快門) ，將得到的第一幀影象儲存到資料緩衝儲存器中;

其次，利用數字訊號處理器dsp對送來的影象資料進行分析，如影象中較暗的部分**正常，而有部分**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，再採用高速快門進行**(如1/2000s快門)，並將第二次拍攝的影象也儲存到資料緩衝儲存器中;

最後，再利用dsp並通過其中嵌入的特有的影象處理演算法，將兩幅影象中亮度適當的部分分別切割下來，在一幀新的影象中合成起來即可。

此種方式就是所謂單幀影象「兩次取樣方式」，或「兩次合成電子快門」。其典型特徵則為基於中速感光器件及高速dsp的兩次取樣**及影象分割合成技術。

2、單幀影象多次取樣方法

首先，利用成像器件ccd對監控場景進行第一次標準速度**(如用1/50s快門)，將得到的第一幀影象儲存到資料緩衝儲存器中;

其次，利用數字訊號處理器dsp並通過特有的影象處理演算法，對送來的影象資料進行分析，當影象中較暗的部分**正常，對**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，再採用高速快門進行**(如1/2000s快門)，並將第二次拍攝的影象也儲存到資料緩衝儲存器中;

第四，根據對影象的最暗區域至最亮區域的中間過渡範圍的整體評估，再對影象進行三次中間層次的**，這樣又得到了三幀針對過渡範圍內亮度不同的**影象;

最後，通過特有的影象識別演算法，將上述5幅影象當中亮度適當的部分分別切割下來，再在一幀新的影象中合成起來，完成並最終輸出滿意的影象即可。

此種方式就是單幀影象的「多次取樣方式」，或「五次合成電子快門」。其典型特徵則為基於高速感光器件及高速dsp的多次取樣**及影象分割合成技術。

3、對數壓縮放大方法

首先，利用成像器件ccd及標準測光/**控制電路對監控場景進行一次適當速度**，並將累計的電荷按照標準方式傳送到後端的前置放大器進行放大。接著，前置放大器在對影象中亮度適當及較暗的區域進行放大時，採用接近線性的放大比(對數曲線的下端)，即隨著影象亮度的提高而放大輸出，這樣放大器的放大比基本上是恆定的，以達到保持亮度適當及較暗區域的層次目的;前置放大器在對影象中亮度較高的區域進行放大時，採用非線性(漸進斜率壓縮)的放大方式(對數曲線的上端)，即隨著影象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域的目的。因此，使較暗區域的亮度適當，高亮度區域亮度壓縮，以輸出適中的影象。

此種方式即「對數壓縮放大方式」，或「自動拐點取樣方式」。其典型特徵則為基於普通感光器件單次**及非線性前置放大器的對數曲線放大方式。

4、輸出訊號伽馬修正方法

首先，利用成像器件ccd及標準測光/**控制電路對監控場景進行一次適當速度**，並將得到的影象儲存到資料緩衝儲存器中;

其次，通過所設計的模擬電路或利用dsp中特有的影象處理演算法，對影象中的不同亮度層次進行取樣，並將接近的層次劃分成若干等級，其劃分的等級數在數字處理方式中取決於影象的複雜程度及dsp的處理能力;

最後，按照使用者要求的方式，分組逐漸降低高亮度層次間的灰階關係，同時逐漸提高低亮度層次間的灰階關係，以達到擴充套件低亮度區域的層次關係，壓縮高亮度區域的層次關係的目的，從而間接地擴充套件了影象亮度的動態範圍。

此種方式即「伽馬修正方式」，或「灰階比率修正方式」。其典型特徵則為基於模擬電路或修正演算法加dsp而進行單次**的輸出灰階比率修正方式。

攝像機動態範圍的測試方法

對攝像機動態範圍的測試方法可能不盡相同，但其測試原理大同小異，這裡介紹一基本方法。

1、測試攝像機動態範圍所需的裝置及條件

測試的裝置：

①透射灰度卡與反射灰度卡;

②亮度可調的背光燈箱與亮度可調的照射光源;

③**監視器與波形監視器;

④測光表或照度計;

⑤標準內鏡頭等。

測試的條件：需要在暗室內進行。

2、測試攝像機動態範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套透射灰度卡採用亮度可調的背光光源作為恆定參照，調整背光源亮度，確保自正面中心確認白塊表面的發散照度為2500lux;另外一套反射灰度卡採用位於其正面的亮度可調的照射光源，以用於測定動態範圍的臨界值;

第二步：架設待測攝像機與灰度測試卡中心同水平面高度，並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：將攝像機的輸出訊號連線到**監視器與波形監視器;

第四步：在攝像機加電穩定後，開啟擴充套件動態範圍功能，將正面的照射光源的亮度調整到2500lux。顯然，在這種照度下是**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層次混合，即有兩條或更多灰度條表現出相同的白色，而分辨不出亮度的差別;

第五步：再不斷緩慢降低光源亮度，並不斷從波形監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範圍的上限。

此時的攝像機應當正好可以表現出亮度較大的白色條紋之間的亮度層次區別;

第六步：然後再不斷繼續緩慢降低亮度，並不斷從波形監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範圍的下限。

此時攝像機拍攝的灰度卡影象中在亮度暗的兩個灰黑色條紋之間的亮度層次區別應當正好消失而混合成一塊黑色。

CCD寬動態攝像機擴充套件範圍與測試方法

CCD攝像機的安裝及調整

攝像機培訓

模擬攝像機與網路攝像機的區別

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