隨著技術(shù)的不斷完善和進(jìn)步，寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)在安防領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。本文針對(duì)重要的金融、交通等應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了分析和探討，重點(diǎn)從寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)兩種不同技術(shù)角度出發(fā)，介紹了它在這些領(lǐng)域中應(yīng)用的情況以及出現(xiàn)的問題，僅供讀者參考。
隨著安防技術(shù)逐步完善和發(fā)展，攝像機(jī)得到了更大范圍的普及和應(yīng)用。而對(duì)攝像機(jī)監(jiān)看要求在不斷提高，特別在一些明暗反差過大的場景，如銀行、停車場、地鐵、港口碼頭等。
普通攝像機(jī)對(duì)單一圖像中最亮和最暗部分的平衡調(diào)整能力非常有限，一般以攝取進(jìn)來的所有（部分）光線的亮度的平均值為基準(zhǔn)，并決定曝光等級(jí)。如何提高成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，以便同時(shí)能看清視場中前景與背景物體一直是研究者的目標(biāo)。于是，具有良好寬動(dòng)態(tài)功能的攝像機(jī)逐漸成為各大攝像機(jī)生產(chǎn)廠商的追求目標(biāo)和關(guān)注焦點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)的兩種獨(dú)特技術(shù)
從松下公司推出第一代寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)到今天的第三代，基于DSP（Digital Signal Processor）技術(shù)的寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)已得到了廣泛的應(yīng)用。
但自2005年末，美國PIXIM公司推出了基于DPS（Digital Pixel System）的新一代圖像處理技術(shù)，它與傳統(tǒng)的CCD和CMOS傳感器相比有著極大的區(qū)別。
DPS采用的是“每個(gè)像素獨(dú)立完成采樣、優(yōu)化曝光并直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)”,它可以對(duì)單獨(dú)的像素進(jìn)行多次曝光及采樣,以達(dá)到最佳的圖像效果。所以可以說DPS中的”每個(gè)像素都是一部攝像機(jī)”。而在圖像處理器方面采用32位CPU對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行精確的曝光等級(jí)控制，以及圖像的處理，從而形成了高清晰、超寬動(dòng)態(tài)的攝像機(jī)。
1.DSP（Digital Signal Processor）技術(shù)
從寬動(dòng)態(tài)范圍40倍的第一代寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)到現(xiàn)在的第三代160倍超寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)問世，它是基于每個(gè)像素的動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)采用了新的帶有自然對(duì)比度校正功能的DSP（數(shù)字信號(hào)處理功能）系統(tǒng)，其能夠使高對(duì)比度圖像達(dá)到最佳效果，確保了不受目標(biāo)物體地域、位置、形狀和大小等因素的影響，完全能夠真實(shí)地再現(xiàn)畫面。
現(xiàn)在，全球各大主要攝像機(jī)生產(chǎn)商也都相應(yīng)推出了帶有超寬動(dòng)態(tài)技術(shù)的攝像機(jī)。雖然在實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)上各家的做法方式多種多樣，但CCD實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)的道理基本一致。這一類型的攝像機(jī)采用了專用的DSP電路，首先對(duì)明亮的被攝物體用最適合的快門速度進(jìn)行曝光，然后，再對(duì)暗的被攝物體用最適合的快門速度進(jìn)行曝光，最后將這兩個(gè)圖像用DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，將捕捉到的兩幅圖像重新組合在一張可視圖像上。擴(kuò)大了處理的動(dòng)態(tài)范圍，使得明亮的被攝物體和暗的被攝物體都可以看得很清楚。但經(jīng)過這樣處理后的圖像會(huì)失去其原有的色彩效果，這也是當(dāng)前寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)面臨的最大問題。
2.DPS（Digital Pixel System）技術(shù)
美國Pixim公司2005年研發(fā)了一種新型的圖像拾取系統(tǒng)——DPS，標(biāo)志著圖像技術(shù)的一次突破性進(jìn)展，它使寬動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到260倍（約等于120dB）。DPS技術(shù)的核心發(fā)明是在圖像傳感器的每一個(gè)像素點(diǎn)上包含了一個(gè)10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，這些ADC在捕獲的瞬間立即將每個(gè)像素點(diǎn)上的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字值，從而可將陣列上的信號(hào)退化和串?dāng)_降到最小，并允許可以采用更好的降噪方法。一旦數(shù)據(jù)以數(shù)字格式捕獲，就可以采用各種數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來真實(shí)重現(xiàn)圖像。DPS實(shí)現(xiàn)了每個(gè)像素的獨(dú)立采樣和曝光，而且每個(gè)像素完成采樣后直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由于數(shù)字處理可減少信號(hào)傳輸噪聲和損耗，此系統(tǒng)可以通過其超強(qiáng)的寬動(dòng)態(tài)功能來獲得高質(zhì)量的圖片，劃時(shí)代地提升了一副圖像中亮區(qū)域和暗區(qū)域的影像拍攝效果，可以達(dá)到比CCD更真實(shí)、更清晰的圖像。
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在金融交通中的應(yīng)用
在一些特定場合的特殊環(huán)境中，尤其在強(qiáng)光源（日光、燈具或反光等）照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對(duì)亮度較低的區(qū)域在圖像中同時(shí)存在時(shí)，攝像機(jī)輸出的圖像會(huì)出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度顯現(xiàn)為白色，而晦暗區(qū)域因曝光不足成為黑色，比如銀行出入口的安全玻璃自動(dòng)門等強(qiáng)逆光場所。
在白天室內(nèi)和室外光線反差大的情況下，普通攝像機(jī)拾取的圖像明亮部分和暗的部分不能像人類眼睛那樣同時(shí)看清，會(huì)產(chǎn)生圖像大部分信息遺漏、畫質(zhì)劣化等現(xiàn)象，寬動(dòng)態(tài)功能就是針對(duì)金融道路交通監(jiān)控等行業(yè)的應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的。高品質(zhì)寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)不僅可以幫助警方破獲犯罪案件，同時(shí)可以為發(fā)生的糾紛提供佐證。
銀行營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)一般都位于臨街路邊，大廳光線充足，用戶接待柜臺(tái)面向窗戶，顧客則背向窗戶。監(jiān)控?cái)z像機(jī)需要監(jiān)看和記錄的目標(biāo)是營業(yè)員的工作過程、用戶的面部細(xì)節(jié)、大廳里人員活動(dòng)的細(xì)節(jié)、以及顧客從營業(yè)廳外進(jìn)入營業(yè)廳及從營業(yè)廳里離開到營業(yè)外等全程。在這樣的環(huán)境中，光線明暗變化明顯，室內(nèi)外光線反差巨大，監(jiān)控?cái)z像機(jī)處于逆光拍攝，如采用普通攝像機(jī)是不能拍攝出明暗反差大的局部細(xì)節(jié)，監(jiān)控不到滿意的圖像。這種監(jiān)控環(huán)境下，需要的不是攝像機(jī)具有多低的照度指標(biāo)，而是需要攝像機(jī)具有很好的寬動(dòng)態(tài)性能、色彩還原性能和高清晰度。對(duì)于ATM機(jī)，很多安放在室外，它是24小時(shí)運(yùn)行的，用于ATM的攝像機(jī)不僅需要更好的寬動(dòng)態(tài)指標(biāo)還要有足夠的低照度指標(biāo)。所以，應(yīng)用于金融行業(yè)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，應(yīng)該選用寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)。
目前寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)用于道路交通監(jiān)控的重點(diǎn)是高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng),主要是對(duì)收費(fèi)站車道、收費(fèi)廣場、收費(fèi)亭的收費(fèi)情況，對(duì)收費(fèi)車道通過的車輛類型、收費(fèi)員的操作過程以及收費(fèi)過程中的突發(fā)事件進(jìn)行觀察和記錄。尤其在夜間，寬動(dòng)態(tài)功能就可以避免如汽車的尾燈和頭燈引起的光線拖尾現(xiàn)象，收費(fèi)站工作人員能看到車牌照，這是普通攝像機(jī)難以實(shí)現(xiàn)的。
在電子警察系統(tǒng)中，通過監(jiān)控系統(tǒng)和闖紅燈自動(dòng)攝錄等手段，提高指揮中心的直觀性、實(shí)時(shí)調(diào)動(dòng)能力和對(duì)交通事故、意外事件的響應(yīng)能力，以及增強(qiáng)查處違章的客觀性，并對(duì)控制區(qū)域進(jìn)行全面協(xié)調(diào)控制，提高車輛的通行能力。由于需要看清車牌，24小時(shí)監(jiān)控，所以有對(duì)低照度，寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的需求。
存在的問題
Pixim DPS 技術(shù)的應(yīng)用無疑將給寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)市場帶來活力，但真正能將該技術(shù)發(fā)揮得淋漓盡致，還要看制造商的技術(shù)實(shí)力。目前全球領(lǐng)先的高質(zhì)量CCTV設(shè)備解決方案供應(yīng)商，如Pelco、Stanley、JVC、GE和Honeywell已經(jīng)成為Pixim的客戶，也就是采用基于Pixim的DPS技術(shù)開發(fā)出了國際一流的超級(jí)寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)。
需要提出的是，雖然寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了普通攝像機(jī)在背光補(bǔ)償中的缺點(diǎn)，但也存在不足。動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度是兩個(gè)矛盾因素，通常動(dòng)態(tài)范圍大的攝像機(jī)其靈敏度較低，而高靈敏度的攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)較低。也就是說目前寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)在環(huán)境光線足夠時(shí)完全能夠滿足環(huán)境的需求，呈現(xiàn)出高質(zhì)量的圖像，但在低照度情況下，使用狀況并不是太好。這也是目前各生產(chǎn)寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)廠家迫切要解決的技術(shù)問題。同時(shí)，物體截面光的折射也會(huì)使寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)效果不是十分滿意。
隨著寬動(dòng)態(tài)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用環(huán)境的特別需求，攝像機(jī)制造商將為市場帶來更多更好的寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)。
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