[原创]宽动态摄像机技术发展与应用（下1）

Ikegami

宽动态摄像机技术发展与应用（下）
北京远东联合国际科技有限公司 郭松
在全球市场上，有50多个国家超过90多种类型的DPS摄像机在应用，其中许多世界知名摄像机制造商都已经采用Pixim DPS 成像技术。与上世纪60年代开始应用的CCD技术相比，DPS技术还比较年轻，但它的芯片组从D1000、D1500、D2000到D2500，在性能上有了飞速提高，图像清晰度从480线提升到540线，最低照度从1.0Lux/F1.2,到0.5Lux/F1.2，典型宽动态从95dB 到102dB。
现在的DPS 摄像机只能算第一代DPS 产品，它已经在宽动态等多方面显示出优越性。对于摄像机“宽动态”现在还是一种特殊功能，不用多长时间“宽动态”将是摄像机必备的功能。
在监控行业，生产CCD摄像机的厂家很多，都生产CCD摄像机，但著名品牌的摄像机与其普通牌摄像机相比，在性能、品质却又很大差距。同样对于最新的DPS 技术，只有在研制和制造技术上领先并有实力的著名企业才能将最新技术表现得淋漓尽致。
池上公司在2005年11月面向美国、欧洲等海外市场，首次推出基于 DPS 技术监控摄像机。日本池上公司成立于1946年，是全球最大的摄像机制造商之一，凭借领先的视频技术和制造技术及图像色彩还原真实和极高的可靠性等特点，池上广播电视专业摄像机始终排列世界榜首的位置。在 1961年，秉承专业广播电视的视频技术和摄像机制造技术，池上公司开始生产CCTV摄像机，凭借优质的产品质量和性能，受到全球用户广泛好评。
池上公司采用DPS 的“D2000”芯片组，结合其领先的摄像机制造技术，并将部分广播级摄像机技术应用到ISD-A10上，使这种全新的DPS 摄像机以其480线清晰度、真实的色彩还原和120dB 的宽动态范围及秉承一贯高可靠性等特点向人们展示出DPS新一代宽动态摄像机的优异品质。

宽动态范围
什么叫宽动态范围？简单地说宽动态就是场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚。宽动态范围是图像能分辨最亮的亮度信号值与能分辨的最暗的亮光信号值的比值。
宽动态的表现方式以“倍数”或“dB”来表示，在以100IRE为标准时，换算公式：N dB=20log（V2/V1）。普通摄像机（称V1）的宽动态值为10dB ,如宽动态为48 dB ，与普通摄像机之间的差为38 dB，V2/V1=80，说明与普通摄像机宽动态差为80倍，松下第三代宽动态摄像机是54 dB，V2/V1=160倍。池上ISD-A10摄像机典型动态范围95 dB，V2/V1=17782倍，最大宽动态范围120dB，V2/V1=316227倍。从“倍数”上看，采用 DPS技术的摄像机，宽动态范围要比CCD宽动态范围有极大的提高，在实际应用中，只有在亮的部分和暗的部分反差非常大时，才能真正显示出DPS 技术的宽动态效果。
对于DPS技术，每个像素对应的光线都可以优化曝光，每一帧数据读取时间只需0.8毫秒(传统CCD技术则需数十毫秒)，这样系统可以对每个像素进行多次单独采样；而成像系统控制着每个像素的最佳采样时间，在每个像素达到最佳状态时存储像素信息。在所有像素被采集后，系统再对其进行处理，最终形成高质量的图像。即使在最苛刻的光照条件下，也可捕捉到清晰、逼真的图像，再也不会因为阴影、眩光、反射和太阳光而使图像发暗或被破坏。
采用传统CCD图像传感器的摄像机在采集一幅图像的过程中只对整个图像采样一次，必然会出现对整个图像中明亮的区域过度曝光，或较暗的区域欠曝光的现象。CCD宽动态技术是采用特殊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可以看得清楚。由于CCD的感光特性所限制，在技术上很难在有重大突破，有的CMOS技术已经达到160dB,可以说未来的监控摄像机属于宽动态摄像机，宽动态技术属于CMOS。

垂直光斑
现在的很多摄象机都可以说是具有低光斑特性，比如Ikegami池上或Dallmeier系列摄象机。垂直光斑准确说是什么呢？
光斑是CCD传感器的一个特性，在传感器中没有任何东西阻止强光穿射的曝光和在CCD上产生更多的电子。结果是在图象中强烈的光出现时通常垂直斑纹也出现，在图象中遮盖了相关的细节。
很多具有低垂直光斑摄象机使用IT CCD芯片来减少光斑的数量，IT芯片能提供的更多的好处在于高的S/N信噪比和较低光斑。
DPS芯片的核心技术是在每一个像素里模拟信号到的数字信号转换ADC。也就是在准确的捕捉点上，光信号被转化成数字信号。这样做的好处是从模拟信号到ADC转化过程中，像素间没有串扰和没有信号损失。这也意味着噪波大大降低了和形成一个超级动态范围，这样就避免了垂直光斑的产生。池上摄像机低垂直光斑技术是最好的。下面图片是基DPS