宽动态摄像机技术发展与应用

宽动态摄像机技术发展与应用

源于斯坦福大学的PiximDPS成像技术，申请了56项专利，其中42项已经生效。世界著名摄像机制造商池上公司(Ikegami)采用该技术及其广播级摄像机部分技术应用到监控摄像机，2005年10月推出池上ISD-A10摄像机，一经问世它就以比传统CCD摄像机优异的宽动态效果、色彩真实还原及高清晰度，得到欧美金融机构、安全行业等用户的广泛好评。

    一、宽动态摄像机发展过程

    安防行业是一个发展迅速的市场,通过视频监控可以看出这个市场的广阔前景和成长情况。视频监控市场包括摄像机、监视器、数字录像机、音视频矩阵、画面处理器等产品。近期世界范围内的一些事件促进了在视频监控产品需求的增长，尤其是对具有高品质视频图像产品的需求。

    在监控摄像机的应用过程中，经常会出现明暗反差较大或逆光的场景。出于安全考虑，CCD摄像机被安装在需要监控的室内外，由于在同一位置往往会面临多种照明条件，很多地方照明条件分为日光和人工照明的混合光，并在不同时段下出现明暗反差非常大、背光等情况，如在银行储蓄所、重要场所出入口等，因为从窗外射入的强光和从天花板上的荧光灯照射的柔和光线都可能对当时室内外景象的捕获造成困难，不能同时反差很大的室内外场景清晰地拍摄下来。然而对于保安行业来说，要求在复杂的光线条件下，拍摄出清晰画面，不丢失细节。普通摄像机由于受CCD感光特性所限制，拍摄图像会出现背景过亮前景过暗，或背景清晰前景过暗及前景适合背景过亮的情况，传统摄像机一般会采用背光补偿技术或在室内外放置两台摄像机来适应较大的光线反差，但效果不太理想。针对这种情况宽动态技术诞生了。

    1977年松下公司推出第一代宽动态摄像机，它的宽动态范围是40倍。到了1999年松下公司推出第二代超级宽动态摄像机，它的宽动态范围达到80倍（48dB）。2005年4月松下的第三代超级宽动态摄像机问世了，它的宽动态范围达到160倍（54dB）。目前宽动态技术主要由国外一些大的摄像机制造商掌握，虽然各家的技术方式方法不同但在使用CCD实现宽动态的原理基本一致。宽动态的主要技术是采用特殊DSP（数字信号处理）电路，对明亮部分进行最合适的快门速度曝光，然后再对暗的部分用最合适的快门速度曝光，然后将两个图像进行DSP处理重新组合，使明亮的部分和暗的部分都可以看得清楚，这需要很高的技术使色彩和清晰度损失最小。然而由于CCD的特性所限制，摄像机宽动态范围最大能到60dB左右。

    在2005年10月，池上公司推出采用Pixim的DPS成像技术的超宽动态摄像机ISD-A10，它的动态范围高达120dB,并具有非常好的色彩还原和清晰度。它标志着宽动态技术有了巨大的突破，新一代宽动态摄像机已经站在更高一层的起点上向前跨出一大步。

    二、Pixim的DPS技术超级宽动态摄像机问世

    在2005年9月美国佛罗里达州奥兰多ASIS国际安防展会上，一项基于CMOS的新技术Pixim的DPS DigitalPixelSystem®，数字像素系统)CCTV摄像机给人耳目一新的感觉。专业广播电视摄像机和CCTV摄像机制造商—Ikegami池上公司推出了它的首台PiximDPS摄像机HyperDynamicISD-A10，它成为展会的亮点。并在展会后得到美国、欧洲银行和金融机构等行业广泛欢迎。

    下面的图像显示Pixim摄像机和普通CCD摄像机在相同场景下的比较。

    这次池上公司将其在摄像机领域领先的低垂直光斑和背光补偿、色彩调节等技术与Pixim技术相结合，推出超级动态ISD-A10摄像机。

    在任何光亮条件的正常的或宽动态范围场景下，Pixim的DPS芯片集排列紧密，易于形成一定形状，能拍摄非常优质的图像。在现存模拟技术拍摄实际图像时，由于光线的不断变化和物体颜色精确还原的限制出现物体识别差和图像色彩还原差等缺陷，而用Pixim成象技术的连贯性和准确性克服了这些缺陷。DPS图像传感器在每一个像素上将光信号转换成数字信号，使得每一个像素有独立的和最优化的曝光时间来产生高品质、高颜色精度的图像。

    三、Pixim的DPS技术背景

    Pixim公司开发研制出一种优于传统CCD的有专利的DPS成像技术，它标志着图像技术在基础原理上的突破。DPS技术由美国斯坦福大学电子工程学教授AbbaselGamal与其带领的博士研究生DavidYang(杨晓东)于1993年开发而成，后来被授权给杨晓东博士于1999年创立的Pixim公司。