浅析：宽动态技术篇

随着视频监控使用环境和使用者呈现多元化发展，各生产厂商必须要提高摄像机的新技术来应对日益增长的需求，使其能够最大程度的满足应用要求。为了突出监控摄像机对图像的捕捉能力，越来越多的安防厂商将低照度功能纳入了基本范畴之内，将这个技术纳入监控摄像机的必备要素。

　　■ 文/吕俊杰

　　宽动态技术的基本概念

　　动态范围(Dynamic Range)是指摄像机支持的最大输出信号和最小输出信号的比值，或者说图像最亮部分与最暗部分的灰度比值。普通摄像机的动态范围一般在1:1000(60db)左右，而宽动态(Wide Dynamic Range,WDR)摄像机的动态范围能达到1:1800-1:5600(65-75db)。

　　宽动态技术主要用来解决摄像机在宽动态场景中采集的图像出现亮区域过曝而暗区域曝光不够的现象。简而言之，宽动态技术可以使场景中特别亮的区域和特别暗的区域在最终成像中同时看清楚。

　　宽动态技术的实现方式

　　宽动态技术的实现方式主要有两种：一是使用非线性传感器的单次曝光方案，这类传感器对不同照度的灵敏度表现不同，仅一次曝光即可使采集的图像具备较宽的动态范围;二是基于多帧图像合成的多次曝光方案，不同帧之间的曝光时间有差异，对明亮部分进行短曝光，使高亮度区域的灰阶范围更大，对暗的部分进行长曝光，使低亮度区域的灰阶范围更大，最终多个不同曝光时间的帧合成拥有更宽动态范围的图像。

　　目前主流的宽动态技术以多次曝光多帧合成方案为主。以多帧合成宽动态技术实现的硬件载体而言又可将其分为两类：一是在摄像机的Sensor传感器上实现多次曝光及合成，这种传统方式需要摄像机对接的Sensor传感器本身具备宽动态能力，市面上绝大部分宽动态摄像机均属于此类;二是在摄像机的芯片ISP模组上实现多次曝光及合成，这种实现方式可以对接不具备宽动态能力的普通Sensor传感器，但要求Sensor传感器具备较高的帧率，目前IPS端合成方式在市面上比较少见。

　　然而实际上，不管是在Sensor端还是在ISP端完成曝光及合成，都是以牺牲帧率为基础的。比如，采用ISP端合成方案的摄像机在宽动态模式下帧率达到30FPS时，其接入Sensor的帧率则需要达到60FPS。差别在于，ISP端合成方案在帧率及宽动态之间可以比较灵活地进行选择，不开启宽动态的情况下可配置的帧率是宽动态模式下的2倍。

　　真假宽动态

　　上面阐述的几类宽动态技术通常均属于“真”宽动态，除此之外目前市面还存在另一种形式的“假”宽动态，即数字宽动态。数字宽动态并没有达到真正意义上的扩大成像动态范围的目的，而是通过软件的图像后处理算法提高了局部区域的对比度，一般由摄像机ISP模组实现。我们肉眼可辨别的灰阶范围十分有限，而实际上计算机却可以区分非常微弱的灰度差异，数字宽动态正是通过图像处理算法将这些微弱的差异增强到肉眼足以区分。背光补偿(Back Light Compensation,BLC)也是采用类似的图像处理算法实现的。

　　宽动态技术在应用上的局限性

　　市场上主流的多次曝光多帧合成的宽动态技术受限于其实现方式，本身也存在着很多固有的缺陷。一是源自它在高亮区域短曝特征，会导致在日光灯场景下亮区域出现横条纹闪烁，这是常见的日光灯工频引起的闪烁现象，因为在亮区域的曝光时间非常短，没有达到抗闪所需的最低曝光时间;二是源自它在暗区域长曝特征，当物体进行高速运动时会因过长的曝光时间而产生拖影现象。

　　(本文作者现任福建星网锐捷安防科技研发部)

浅析： 宽动态技术篇