寬動態槍機技術應用

寬動態攝像機的一些簡單調試及與具有強光抑制的普通攝像機區別概念及其對比

一:調試

什麼是高清寬動態監控攝像機?所謂寬動態,就是把問題集中在解決逆光環境下所產生的問題。

先借一副普通的圖來看攝像機在逆光時,因為整體入光量太大(窗外光線太強了),為避免過曝,快門速度會提高,這就導致背景(高亮度區)正常了,但主體(低亮度區)卻曝光不足因此就黑掉了,如下圖:

寬動態槍機技術應用

現象一:測光為整體測光,現在是高速快門,主體曝光不足,背景曝光正確,但我們主要是要看到屋內的人,窗外的景色在監控上實在不重要,怎麼解決這問題?在D.S.P 內有個功能,就是能夠指定測光的範圍,一般定在中間1/9 區塊, 或是再加上下面1/3合起來成一個凸字型,如下圖:

寬動態槍機技術應用

D.S.P以這區塊來測光,因為這區塊內光線較暗,所以快門速度就降下來了,導致這區塊內曝光是正常的,但窗外就會過曝,如下圖

寬動態槍機技術應用

現象二:測光為區域測光,現在是低速快門,主體曝光正確,背景過曝。說到這裡,有人會說:“這不就是背光補償嘛!”,對! 就是背光補償。那跟寬動態有什麼關係? 所謂寬動態,就是能夠兼具上面兩圖的優點,把主體跟背景都能曝光正常,就像下面這張圖一樣:

寬動態槍機技術應用

那要怎樣才能達到這種效果呢?如果你有一張高快門的,再一張低快門的,就能湊出來了,把高快門那張的背景剪下來,如下圖:

寬動態槍機技術應用

再把低快門那張的背景剪下來,如下圖:

寬動態槍機技術應用

兩張合拼,就成為完整的一幅圖像:

寬動態槍機技術應用

這一過程是通過DSP自動完成,自動去判別明暗程度,自動取要的圖,自動合拼。介紹到這裡,我們瞭解到:寬動態影像必需有專用DSP,而且影像是“做”出來的。

有了D.S.P, 問題又來了,那裡去找來低快門及高快門各一張的圖讓它處理?解決方法就是用一顆CCD,但是上面的每一點在單一時間內曝光兩次,一次長曝光(低快門),一次短曝光(高快門),所以每一點都有兩個數據輸出,就叫“雙輸出CCD”,正因為每點有兩個數據輸出,總資料量就比一般CCD多了一倍,因此傳輸的速度得大上一倍才能把資料搬出來,所以又叫“雙速CCD(Double Speed CCD)”。

雙輸出CCD 扔出一個長曝光及短曝光的訊號給DSP, DSP去運算再加總, 所謂“寬動態攝像機”就出來了。

這種搞法是松下在10年前搞出來的,但搞出來後取名字就有問題了,“寬動態”(Wide Dynamic)這名詞以前已經有人用過了,再用就不稀奇了,因此就改個名稱叫”超動態”(Super-Dynamic),簡稱SD。

上面講過了,這種寬動態效果是做出來的,因此早期有些問題,例如無法實時處理(會有一些延遲),在明暗交接處沒法處理的很智慧(會有毛邊),影像不自然(“做”出來的) 等等….經過不斷改良,推出新DSP,就有所謂 SDII, SDIII,(就是第二代第三代啦!)。

因此,除了松下的“超動態”,現在市面上所謂“寬動態”CCD攝像機,幾乎都是SONY SS-2 方案, 而且要兩顆DSP在上頭的。還有,因為CCD每點“總”曝光時間是固定的,所以得配自動光圈鏡頭才行。說到這裡,就不能不說PIXIM 方案了,它是用顆C-MOS ,DSP內包了顆ARM9處理器來處理,從資料上看來,它是透過改變C-MOS上每一點的A.G..C 來達成這個效果(真實狀況還待眾高手來證實了),因此早期的PIXIM一樣有影像不自然的缺點(也是“做”出來的),還有是C-MOS先天上照度較差,在低照時影像會無法實時(禎累積)

二:普通監控的強光抑制與寬動態區別概念

客觀地說,監控攝像機強光抑制或是寬動態功能反應的是對光線的敏感度。寬動態監控攝像機如夜視監控功能般普通,幾乎成為監控設備的標配。但是從應用和原理上細分,二者在成像畫質上有著不少的區別。簡單地說,一款寬動態監控攝像機能夠處理複雜光線給監控圖像帶來的影響,但是如果要用它來抓拍夜間行車車牌,恐怕還需要加強。

光線變化對主體物有區別兩種不同的監控技術在使用時很容易被人混淆,從原理上來說二者區別其實十分明顯。通俗地理解強光抑制是對光源的抑制作用,突顯強光源前的主體物;就是在強逆光環境下抓拍到主物體。寬動態則是在光線明暗差距較大地方使用,既要抓拍到主體物也要保留背景圖像。

兩種不同技術的監控攝像機在光線處理上又有十分接近的方式。為了突出主體目標或減弱光線強烈對比的效果,均可以在用背光補償技術。前者是重新指定畫面上的測光區域,通過重點測光確保正確曝光,從而避免較暗部分出現剪影現象。後者是把畫面分成幾個不同的區域,每個區域分別曝光。

三:對比

儘管使用了相同名字的處理方式,但原理和曝光方式略有不同。在實際應用中,強光抑制更適用於道路監控對車牌號碼的識別,縮小車燈光暈看清車牌信息,通常情況下會配合白色LED燈一起使用效果更好,如高速收費站、十字路口。寬動態更適合在地下停車場或隧道,室內外光線變化明顯的地方。

通過實際圖像的對比效果,我們來看一看強光抑制與寬動態效果有哪些不同。用手電進行強光測試,不難發現,當一款支持強光抑制功能的監控攝像機,在開啟和關閉強光抑制後,圖像出現了明顯的變化,數字呈現從無到有。

對比寬動態實測效果,在開啟該功能前後,既能顯示主物體人臉及細節部分,又沒有將背景模糊成一片白色,這樣的功能是完全突出了寬動態效果,保留了主體與背景。

當然,在監控攝像機配置上,目前寬動態與強光抑制還沒有做明顯的區分。賣場中的監控攝像機,支持強光抑制功能大多寬動態效果良好,而只支持寬動態的攝像機,對強光抑制卻沒有十足的把握。即便是在相似的兩種監控攝像機,在使用上還是有不少區別。用戶在選購時也應明確使用領域,道路監控大多為強光抑制,單純的寬動態技術無法實現夜晚拍照捕捉功能。


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