漢邦高科·攝像機那些事兒之寬動(dòng)態(tài)

　　隨著(zhù)視頻監控應用的日益廣泛，人們對于攝像機的要求也日益提高。然而，攝像機的工作原理與成像效果與人眼相比畢竟不同，即便是處在同一環(huán)境中，通過(guò)視頻監控看到的畫(huà)面與人眼看到的畫(huà)面往往存在差異，尤其是光線(xiàn)強弱反差較大的場(chǎng)景，攝像機往往效果不理想。為了解決這個(gè)問(wèn)題，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)應運而生。今天，我們就來(lái)談?wù)剬拕?dòng)態(tài)那些事兒。

　　寬動(dòng)態(tài)的定義

　　所謂寬動(dòng)態(tài)，顧名思義，指的是寬的動(dòng)態(tài)范圍(WDR: Wide Dynamic Range)，有的又稱(chēng)為高動(dòng)態(tài)(HDR: High Dynamic Range )。要理解這個(gè)概念，首先要明確什么是動(dòng)態(tài)范圍。

　　在攝像機應用領(lǐng)域，動(dòng)態(tài)范圍一詞包含兩層含義：

　　一、指攝像機適應景物照度變化的能力。這是時(shí)間域的概念，是指攝像機在不同時(shí)間(不同場(chǎng)景)下能采集到的圖像的最大照度范圍。用可以適應的最高照度和最低照度的比值來(lái)表示。

　　二、指攝像機對同一個(gè)場(chǎng)景(同一幅圖像)可以適應其照度差別的能力。這是空間域的概念。就是說(shuō)：對一幅圖像而言，最明亮部分和最暗淡部分的照度的變化范圍。

　　在“寬動(dòng)態(tài)”一詞中，涉及到的動(dòng)態(tài)范圍主要是指第二層含義，空間域概念。

　　因此，我們可以這樣來(lái)表述“寬動(dòng)態(tài)”一詞：寬動(dòng)態(tài)，強調的是攝像機在空間域中適應照度反差(變化范圍)的能力，要求能同時(shí)表現出一幅圖像中高度照度部分和低照度部分的細節。

常規攝像機效果

寬動(dòng)態(tài)攝像機效果

　　寬動(dòng)態(tài)的量測指標

　　我們在攝像機的技術(shù)參數中常?？吹?，對寬動(dòng)態(tài)的描述一般是“XXdB”，這里的dB就是動(dòng)態(tài)范圍的單位，其計算方式如下：

　　這里的指的是畫(huà)面中的最高亮度，指畫(huà)面中的最低亮度。

　　據此，我們可以知道：80dB表示畫(huà)面中最亮與最暗的亮度比值為10000:1，以此類(lèi)推，所謂的120dB超寬動(dòng)態(tài)表示畫(huà)面中最亮與最暗的亮度比值為1000000:1。

　　逆光補償與強光抑制

　　在實(shí)際的監控應用場(chǎng)合中，我們還會(huì )經(jīng)常碰到兩個(gè)概念：逆光補償與強光抑制，有人會(huì )把它們與寬動(dòng)態(tài)相混淆。實(shí)際上，這兩個(gè)概念與寬動(dòng)態(tài)既有聯(lián)系又有區別，不能混為一談。

　　逆光補償：在逆光環(huán)境下，觀(guān)測物體細節偏暗無(wú)法看清，需要提升畫(huà)面整體亮度，以看清物體。

　　強光抑制：因觀(guān)測物體在強光下照射亮度過(guò)高導致無(wú)法看清，需要壓制畫(huà)面整體亮度，才能看清觀(guān)測物體。

　　下面的四張圖片展示了此兩種效果的差異。

不開(kāi)啟逆光補償

　　 開(kāi)啟逆光補償

不開(kāi)啟強光抑制

　　開(kāi)啟強光抑制

　　逆光補償和強光抑制一般不改變攝像機的動(dòng)態(tài)范圍，只是根據被觀(guān)測物體的情況提升或壓制畫(huà)面亮度。

　　寬動(dòng)態(tài)提升過(guò)暗物體的亮度，同時(shí)壓制過(guò)曝物體的亮度，從而實(shí)現對畫(huà)面整體動(dòng)態(tài)范圍的擴大。

　　從原理上看，寬動(dòng)態(tài)兼有逆光補償和強光抑制的部分特點(diǎn)，但還不能完全進(jìn)行替代。

　　寬動(dòng)態(tài)的實(shí)現方法

　　目前常見(jiàn)的寬動(dòng)態(tài)實(shí)現方法有兩種：

　　1. 數字寬動(dòng)態(tài)：通過(guò)ISP對采集到的圖像進(jìn)行處理，調節畫(huà)面的亮度、飽和度等參數，從而擴大整體的動(dòng)態(tài)范圍。

　　2. 光學(xué)寬動(dòng)態(tài)：對同一幀圖像采取兩次曝光，其中一次為針對較暗區域的長(cháng)曝光，另一次為針對明亮區域的短曝光，將兩次曝光得到的圖像進(jìn)行運算和合成，最后得到一幀明暗反差較小的圖像。在此基礎之上，有的廠(chǎng)家還有多次曝光技術(shù)，效果更好。

　　一般而言，光學(xué)寬動(dòng)態(tài)的效果要好于數字寬動(dòng)態(tài)。

　　下圖表述了兩次曝光合成寬動(dòng)態(tài)的實(shí)現效果。

　　寬動(dòng)態(tài)的不足

　　世上沒(méi)有十全十美的事物。寬動(dòng)態(tài)提升了畫(huà)面的可視亮度范圍，這是它的優(yōu)點(diǎn);但與此同時(shí)也帶來(lái)了一些弊端，以光學(xué)寬動(dòng)態(tài)為例，我們在應用中往往發(fā)現如下問(wèn)題：

　　顏色會(huì )有一定程度的失真;

　　照電腦顯示屏時(shí)會(huì )出現滾動(dòng)橫紋;

　　快速移動(dòng)物體出現彩邊和虛影;

　　以上問(wèn)題都是因為多次曝光和圖像合成所引起，在當前的技術(shù)條件下只能盡量減輕，無(wú)法消除。

　　因此，在攝像機選型與應用時(shí)，不需要用寬動(dòng)態(tài)的場(chǎng)合沒(méi)有必要使用寬動(dòng)態(tài)效果;針對不同的場(chǎng)景，可以靈活選擇光學(xué)寬動(dòng)態(tài)、數字寬動(dòng)態(tài)、強光抑制、逆光補償等不同的功能，以達到最理想的圖像效果;

　　結語(yǔ)

　　為了讓攝像機能夠適應復雜的光與影，寬動(dòng)態(tài)來(lái)到了世間。此刻，它雖然仍稍顯稚嫩，尚有不足之處，但隨著(zhù)人類(lèi)技術(shù)的不斷發(fā)展，它必然能茁壯成長(cháng)，為視頻監控事業(yè)發(fā)揮更大的作用。