宽动态摄像机详解

宽动态摄像机

宽动态摄像机技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。当在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。

广义上的“动态范围”是指某一变化的事物可能改变的跨度，即其变化值的最低端极点到最高端极点之间的区域，此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。这是一个应用非常广泛的概念，在谈及摄像机产品的拍摄图像指标时，一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度（反差）及色温（反差）的变化范围。

宽动态摄像机比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍。自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100Lux，而外面风景的照度可能是10,000Lux,对比就是10,000/100=100:1。这个对比使人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000:1的对比度。然而以传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题，传统摄像机只有3:1的对比性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光，但是室外的影像会被清除掉（全白）；或者换种方法，摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被清除（全黑）。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。

现代化的交通需要现代化的交通管理，为解决城市主要路段和路口的交通拥挤和阻塞状况，减少事故、违章现象，建立现代化的智能交通指挥控制系统是非常必要的。同时，对于提高城市形象，促进城市的文明和发展也有着非常重要的意义。系统设计的总体目标是：利用道路监控实施交通流量和交通运行监视，对关键路段实施交通实时控制，及时发现各种异常并采取应急措施，保证道路高速、安全、有效地运行，提高现代生活的交通水平。根据现在交通监控的实际需要，一般都会在交通路口、车站、商业区、高速公路收费口等重点部位安装可控摄像机或固定摄像机.本文在分析了道路监控的特殊需求后，主要针对道路监控摄像机的选型设计提出了一些建议。

选购道路监控摄像机的关注点

在视频控制系统中，无论从系统前端图象的摄取抑或到后端图象信号的记录与显示与控制，系统设备性能的好坏是鉴定系统运作成功与否的关键因素。毫无疑问，设备选型的好坏直接影响到系统的稳定可靠性、图象质量、系统使用寿命等有关建设方投资利益问题。因而系统设备选型是贯穿整个设计过程的重要环节。

道路监控系统摄像机需求分析.

对图像的清晰度和实时性有很高的要求,要求能看清车牌，若车牌号码不能被清晰地确认出来，则监控抓拍就毫无意义了。由于道路监控需要24小时工作，需要在极暗的条件下也可以得到优质的画面。室外道路的光线的动态范围变化较大，夏日阳光下环境照度达50000Lx－100000Lx；夜间路灯时仅为0.1Lux，变化幅度相当大。在这种情况下摄像机无论是否具有自动调整灵敏度功能即通过摄像机本身的电子快门已不可能适应这么宽的照度范围，也就无法达到控制图像效果的作用。因此必须要求摄像机具有很宽的动态范围。在照度不好的条件下拍摄时，拍摄的动态图像不可避免的会有噪点干扰，所有要求宽动态摄像机有杰出的动态图像噪点消除功能，能够消除图像阴影和拖尾现象。

道路监控摄像机选型依据

宽动态摄像机摄像机性能中最核心的IC电路是CCD传感器芯片，工作原理是由CCD 光学镜头将目标景象成像在CCD传感器上，传感器为高感度CCD，然后以每秒50场25帧（CCIR制式25Frame/s;NTSC制式30 Frame/s）图像的速度将CCD输出的信号经CDS 相关采样保持电路、AGC及A/D转换电路处理后，输入到存储器中，再利用高速运算芯片和数据处理功能将存储器中已存入的影像以逐行扫描方式逐行读出，形成全视频信号。因此摄像机输出信号的质量除了选择性能上佳的CCD传感器外，数据处理芯片/处理电路也是重要的环节。

在总结多年的实践经验后，道路交通监控的设备集成和工程商都选用下述要求的摄像机：

具备高线数（500－540电视线）的工业标准摄像机。低照度(≤0.1lux)，最低照度达到0.0lux，在黑夜光照度较低的情况下，也能够获得清晰的图像效果。采用超感度，大尺寸CCD（一般是1/2英寸CCD）。由于1/2"摄像机标靶尺寸比1/3"摄像机的标靶尺寸大，因此成像效果更为优良。（成像面积较大；光通量较大，光照度要求低。）具有超宽动态拍摄功能,能在高反差以及照明突变的情况下，快速、精确的进行响应，从而获取高质量的、充分曝光的影像画面。具有超级降噪技术，能够消除动态图像噪点，图像阴影和拖尾现象。特别是在解决由车头灯造成的路面交通监控或停车场监控问题时，低拖尾度尤其重要。高信噪比, 白平衡自动调整等功能的快速(快门速度不能慢于1／1000秒)摄像机。采用工业级器件，具有良好的全天候工作能力，长期运行稳定可靠。本文拟对以下几个重点参数作说明。

1/2 EXVIEW HAD ?CCD

ccd产品问世已有30多年，从当时的20万像素发展到目前的500—800万像素，无论其市场规模还是其应用面，都得到了巨大的发展，可以说是在平稳中逐步提高，特别是近几年来，在消费领域中的应用发展速度更快。

目前的ccd组件，每一个像素的面积和开发初期比较起来，己缩小到1/10以下。今后在应用产品趋向小型化，高像素的要求下，单位面积将会更加的缩小。在小型化的同时，利用各种新开发的技术，使其感光度不会因为单位面积缩小而受到影响，也同时要求其性能维持或向上提升。

以下是索尼公司按年代划分而发展的ccd传感器简介：

1、had感测器

had（hole-accumulation diode）传感器是在n型基板，p型，n+2极体的表面上，加上正孔蓄积层，这是sony独特的构造。由于设计了这层正孔蓄积层，可以使感测器表面常有的暗电流问题获得解决。另外，在n型基板上设计电子可通过的垂直型隧道，使得开口率提高，换句换说，也提高了感度。在80年代初期，索尼将其领先使用在可变速电子快门产品中，在拍摄移动快速的物体也可获得清晰的图象。

2、on-chip micro lens

80年代后期，因为ccd中每一像素的缩小，将使得受光面积减少，感度也将变低。为改善这个问题，索尼在每一感光二极管前装上微小镜片，使用微小镜片后，感光面积不再因为感测器的开口面积而决定，而是以微小镜片的表面积来决定。所以在规格上提高了开口率，也使感亮度因此大幅提升。

3、super had ccd

进入90年代后期以来，ccd的单位面积也越来越小，1989年开发的微小镜片技术，已经无法再提升感亮度，如果将ccd组件内部放大器的放大倍率提升，将会使杂讯也被提高，画质会受到明显的影响。索尼在ccd技术的研发上又更进一步，将以前使用微小镜片的技术改良，提升光利用率，开发将镜片的形状最优化技术，即索尼 super had ccd