DSP是攝像機(jī)主要的元器件，且DSP攝像機(jī)的寬動(dòng)態(tài)應(yīng)用越來越廣，那么DSP技術(shù)和DSP攝像機(jī)功能都有何特點(diǎn)呢？針對這些疑問本文作出了深入的探討和分析，為大家詳細(xì)的介紹了DSP攝像機(jī)的優(yōu)點(diǎn)、它的各種主要功能以及它未來的技術(shù)展望。
隨著DSP(Digital Signal Processing數(shù)字信號處理器)的廣泛應(yīng)用及快速發(fā)展，為數(shù)字信息產(chǎn)品帶來了廣闊的發(fā)展空間，并將支持通信、計(jì)算機(jī)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的數(shù)字化融合。在無線領(lǐng)域，DSP遍及無線交換設(shè)備、基站、手持終端和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，并涵蓋從骨干基礎(chǔ)設(shè)施到寬帶入戶的設(shè)備，包括VoIP網(wǎng)關(guān)、IP電話、DSL和Cable Modem等；面向群體應(yīng)用，DSP在媒體網(wǎng)關(guān)、視頻監(jiān)控、專業(yè)音響、數(shù)字廣播、激光打印等應(yīng)用中表現(xiàn)出色；面向個(gè)人應(yīng)用，DSP在便攜式數(shù)字音頻和影像播放器、指紋識別和語音識別等應(yīng)用中表現(xiàn)不俗；針對嵌入式數(shù)字控制應(yīng)用，DSP極大地滿足了工業(yè)界的需求，如數(shù)字變頻電力電源設(shè)備、工業(yè)縫紉機(jī)等；DSP也極大地滿足了消費(fèi)電子的需求，如空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等。
DSP攝像機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
1978年由AMI公司發(fā)布世界第一個(gè)DSP芯片S2881，到80年代由美國德州儀器公司推出TMS系列，至90年代DSP芯片突飛猛進(jìn)，并在CCTV行業(yè)被大規(guī)模使用。采用DSP處理器的攝像機(jī)有以下的優(yōu)點(diǎn) ：
1、由于采用數(shù)字檢測和數(shù)字運(yùn)算技術(shù)而具有智能背景光補(bǔ)償功能。傳統(tǒng)攝像機(jī)要求被攝景物置于畫面中央并要占據(jù)較大的面積方能有較好的背景光補(bǔ)償效果，否則過亮的背景光可能會(huì)降低圖像中心的透明度。而DSP攝像機(jī)將一個(gè)畫面劃分成48個(gè)小區(qū)域來有效檢測目標(biāo)，這樣即使是很小的、或不在畫面中心的景物均能清楚地呈現(xiàn)。
２、由于DSP技術(shù)能自動(dòng)跟蹤白平衡，即可以檢測和跟蹤“白色”，并以數(shù)字處理功能再現(xiàn)原始色彩。傳統(tǒng)的攝像機(jī)因系對畫面的全部色彩作平均處理，這樣如果彩色物體在畫面上占據(jù)很大面積，那么彩色重現(xiàn)將不平衡，也就是不能重現(xiàn)原始色彩。DSP攝像機(jī)是將一個(gè)畫面分成48個(gè)小處理區(qū)域，這樣就能夠有效地檢測白色，即使畫面上只有很小的一塊白色，攝像機(jī)也能跟蹤它而再現(xiàn)出原始的色彩。
利用DSP，攝像機(jī)技術(shù)的突破
1、570電視線水平清晰度
采用12位數(shù)字處理（目前大多品牌采用10位）和獨(dú)有處理單元,彩色模式下水平清晰度540電視線，黑白模式下570 電視線，如圖1。
2、色彩還原：獨(dú)有的色彩還原機(jī)制
采用色序矩陣結(jié)構(gòu)能夠獲得現(xiàn)場色溫變化、并能在不同照度環(huán)境下還原真實(shí)的色彩。
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3、自動(dòng)白平衡AWB(Auto White Balance)
可以在不同的色溫環(huán)境下還原真實(shí)的色彩。人的眼睛觀察到的不同光線有著不同的色溫。人的眼睛可以隨著環(huán)境的不同，區(qū)分什么顏色是“白色”。然而，攝像機(jī)并沒有這個(gè)能力。數(shù)碼相機(jī)需要一個(gè)參考點(diǎn)來定義“白色”，當(dāng)這個(gè)參考點(diǎn)決定后，攝像機(jī)便能計(jì)算出其他顏色。采用DSP后，色溫的范圍更加廣（1700°K—11000°K），而普通攝像機(jī)的色溫只有（2500°K—9000°K），如圖2所示。
4、背光補(bǔ)償BLC(Backlight Compensation)
通常，普通攝像機(jī)的AGC工作點(diǎn)是通過對整個(gè)視場的內(nèi)容作平均來確定的，但如果視場中包含一個(gè)很亮的背景區(qū)和一個(gè)很暗的前景目標(biāo)，則此時(shí)確定的AGC工作點(diǎn)有可能對于前景目標(biāo)是不夠合適的，而背光補(bǔ)償功能有可能改善前景目標(biāo)顯示狀況。背光補(bǔ)償方式有兩種，第一，將全部圖像區(qū)域亮度增強(qiáng)，使得前景區(qū)域可以被觀察到（BLC功能）。第二，僅對前景進(jìn)行亮度控制，背景的亮度保持不變。
5、自動(dòng)增益控制AGC(Auto Gain Control)
所有的攝像機(jī)都有一個(gè)將來自CCD的信號放大到可以使用的視頻放大器，其放大即有增益，等效于有較高的靈敏度，可使其在微光下靈敏，然而在強(qiáng)光照的環(huán)境中放大器將過載，使視頻信號畸變。為此，需利用攝像機(jī)的自動(dòng)增益控制（AGC）電路去探測視頻信號的電平，適時(shí)的開啟和關(guān)閉AGC，從而使攝像機(jī)能夠在較大的光照范圍內(nèi)工作，即在低照度時(shí)自動(dòng)增加攝像機(jī)的靈敏度，從而提高圖像信號的強(qiáng)度來獲得清晰的圖像。
6、3D數(shù)碼低照度降噪3D-DNR (3Dimension-Digital Noise Reduction)
3D-DNR噪聲抑制濾波器能夠有效消除噪聲與提升圖像質(zhì)量。能通過32dB的AGC，使獲得更清晰的圖像（3D：水平X＋垂直Y+時(shí)間T），如圖3所示。
7、無縫自動(dòng)曝光AE（Auto-Exposure）
自動(dòng)適應(yīng)亮度變化控制的自動(dòng)曝光機(jī)制，可以將高亮的物體變黑，并使暗的物體變亮。
8、數(shù)碼慢快門DSS（Digital Slow shutter）
數(shù)碼慢快門又叫幀累積技術(shù)，在信號處理時(shí)，將多幀圖像累積為一幀再進(jìn)行輸出，用以改善在照度很低的情況下，提升拍攝圖像的亮度，從而提升對物體的識別能力。
9、超強(qiáng)光抑制HSBLC(Highlight Suppress Back Light Compensation)
通過DSS技術(shù)，3D—DNR技術(shù)，AGC控制機(jī)制，在低照度環(huán)境下不僅能使畫面變得更亮，并能優(yōu)化移動(dòng)物體，降低噪聲，能夠完美應(yīng)用于低照度下的監(jiān)控（如圖4所示）。將輸入信號放大并自動(dòng)減少低照度下的噪聲后,使攝像機(jī)通過更低的快門速度充分曝光并通過累積幀亮度信號的方式使圖像更清晰。
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10、寬動(dòng)態(tài)WDR（Wide Dynamic Range）
寬動(dòng)態(tài)（Wide Dynamic Range），簡單地說寬動(dòng)態(tài)就是場景中特別亮的部位和特別暗的部位同時(shí)都能看得特別清楚。寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是攝像機(jī)一直追求的目標(biāo)。
原理：原圖像的主體很暗，而后景較亮但也不甚清楚的狀態(tài)下，通過高速快門與低速快門曝光、底紋修正、內(nèi)部控制及勾邊處理，輸出較清晰的WDR圖像。（寬動(dòng)態(tài)技術(shù)原理如圖5所示）。
寬動(dòng)態(tài)的基本功能是在同一時(shí)間內(nèi)，以不同的曝光速度捕捉到兩幅清晰區(qū)域不同的圖像，在這兩幅圖像中消除其中較差的像素，保留優(yōu)質(zhì)的像素，再將兩者合成在一起。采用這種寬動(dòng)態(tài)技術(shù)原理的攝像機(jī)種類有：雙倍速CCD傳感器加上DSP芯片，和普通的CCD加上雙快門。當(dāng)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)域因曝光過度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。攝像機(jī)在同一場景中對最亮區(qū)域及較暗區(qū)域的表現(xiàn)是存在局限的，這種局限就是通常所講的“動(dòng)態(tài)范圍”。
技術(shù)展望
CCD寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是采用特殊DSP（數(shù)字信號處理）電路，對明亮部分進(jìn)行最合適的快門速度曝光，然后再對暗的部分用最合適的快門速度曝光，然后將兩個(gè)圖像進(jìn)行DSP處理重新組合，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，攝像機(jī)寬動(dòng)態(tài)范圍最大僅能到60dB，在技術(shù)上很難再有重大突破。
而由美國Pixim公司推出的基于CMOS的DPS技術(shù)，已經(jīng)能使寬動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到120dB（松下第二代寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍80倍即48dB，第三代160倍即54dB）。在動(dòng)態(tài)范圍上，DPS技術(shù)采用單一像素曝光和ARM7控制技術(shù)，相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動(dòng)態(tài)范圍。從數(shù)值上來說，采用DPS技術(shù)的攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍可到達(dá)95dB，最高可至120dB。在擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)，DPS也解決了CCD傳感器在處理動(dòng)態(tài)范圍和色彩真實(shí)性上的不足，其色彩還原性更加真實(shí)，完全能夠滿足不同條件下不同客戶的要求。使用這種技術(shù)的攝像機(jī)在數(shù)字圖像傳感器里每一個(gè)像素中都使用了一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），在捕捉到光信號時(shí)直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最大程度上降低了信號在排列中的衰減和干擾。
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)在光線落中的缺點(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，但在低照度情況下的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。但隨著技術(shù)的不斷提升，這個(gè)困擾廠家的問題也將會(huì)迎刃而解。
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