隨著視頻監(jiān)控應(yīng)用的日益廣泛，人們對(duì)于攝像機(jī)的要求也日益提高。然而，攝像機(jī)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(jiān)控看到的畫(huà)面與人眼看到的畫(huà)面往往存在差異，尤其是光線強(qiáng)弱反差較大的場(chǎng)景，攝像機(jī)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(yīng)運(yùn)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(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，動(dòng)態(tài)范圍一詞包含兩層含義：
一、指攝像機(jī)適應(yīng)景物照度變化的能力。這是時(shí)間域的概念，是指攝像機(jī)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(yīng)的最高照度和最低照度的比值來(lái)表示。
二、指攝像機(jī)對(duì)同一個(gè)場(chǎng)景(同一幅圖像)可以適應(yīng)其照度差別的能力。這是空間域的概念。就是說(shuō)：對(duì)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(qiáng)調(diào)的是攝像機(jī)在空間域中適應(yīng)照度反差(變化范圍)的能力，要求能同時(shí)表現(xiàn)出一幅圖像中高度照度部分和低照度部分的細(xì)節(jié)。
常規(guī)攝像機(jī)效果 寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)效果
寬動(dòng)態(tài)的量測(cè)指標(biāo)
我們?cè)跀z像機(jī)的技術(shù)參數(shù)中常常看到，對(duì)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(jì)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(jù)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(bǔ)償與強(qiáng)光抑制
在實(shí)際的監(jiān)控應(yīng)用場(chǎng)合中，我們還會(huì)經(jīng)常碰到兩個(gè)概念：逆光補(bǔ)償與強(qiáng)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(qū)別，不能混為一談。
逆光補(bǔ)償：在逆光環(huán)境下，觀測(cè)物體細(xì)節(jié)偏暗無(wú)法看清，需要提升畫(huà)面整體亮度，以看清物體。
強(qiáng)光抑制：因觀測(cè)物體在強(qiáng)光下照射亮度過(guò)高導(dǎo)致無(wú)法看清，需要壓制畫(huà)面整體亮度，才能看清觀測(cè)物體。
下面的兩張圖片展示了此兩種效果的差異。
不開(kāi)啟逆光補(bǔ)償 開(kāi)啟逆光補(bǔ)償
不開(kāi)啟強(qiáng)光抑制 開(kāi)啟強(qiáng)光抑制
逆光補(bǔ)償和強(qiáng)光抑制一般不改變攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，只是根據(jù)被觀測(cè)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(xiàn)對(duì)畫(huà)面整體動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)大。
從原理上看，寬動(dòng)態(tài)兼有逆光補(bǔ)償和強(qiáng)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(xiàn)方法
目前常見(jiàn)的寬動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法有兩種：
1. 數(shù)字寬動(dòng)態(tài)：通過(guò)ISP對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理，調(diào)節(jié)畫(huà)面的亮度、飽和度等參數(shù)，從而擴(kuò)大整體的動(dòng)態(tài)范圍。
2. 光學(xué)寬動(dòng)態(tài)：對(duì)同一幀圖像采取兩次曝光，其中一次為針對(duì)較暗區(qū)域的長(zhǎng)曝光，另一次為針對(duì)明亮區(qū)域的短曝光，將兩次曝光得到的圖像進(jìn)行運(yùn)算和合成，最后得到一幀明暗反差較小的圖像。在此基礎(chǔ)之上，有的廠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(shù)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(xiàn)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?cè)趹?yīng)用中往往發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：
l 顏色會(huì)有一定程度的失真;
l 照電腦顯示屏?xí)r會(huì)出現(xiàn)滾動(dòng)橫紋;
l 快速移動(dòng)物體出現(xiàn)彩邊和虛影;
以上問(wèn)題都是因?yàn)槎啻纹毓夂蛨D像合成所引起，在當(dāng)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(jī)選型與應(yīng)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(duì)不同的場(chǎng)景，可以靈活選擇光學(xué)寬動(dòng)態(tài)、數(shù)字寬動(dòng)態(tài)、強(qiáng)光抑制、逆光補(bǔ)償?shù)炔煌墓δ?，以達(dá)到最理想的圖像效果;
結(jié)語(yǔ)
為了讓攝像機(jī)能夠適應(yīng)復(fù)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，但隨著人類技術(shù)的不斷發(fā)展，它必然能茁壯成長(zhǎng)，為視頻監(jiān)控事業(yè)發(fā)揮更大的作用。
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