基于DPS宽动态技术的探索与实际应用

2010-06-15 20:40:24来源: 广州美电贝尔电业科技有限公司

      在摄像机发展的岁月里,从最初的真空管摄像机发展到现在的CCD、CMOS、DPS摄像机,随着摄像机应用的不断发展,出现了各种专用的摄像技术,宽动态技术便是其中之一。对于一些明暗反差强烈的特殊环境,普通摄像机针对图像的最“暗”与最“亮”部分的平衡调整能力非常有限,这时宽动态技术便能发挥其突出的作用。

DPS宽动态技术

  在逆光情况下,一般都采用超宽动态摄像机,超宽动态摄像机的动态范围表示摄像机对图像的最“暗”和最“亮”的调整范围,动态范围越大图像所表现的图层就越丰富、清晰,当然图像的色彩空间就更广,也就是超宽动态摄像机适应逆光环境的能力也更大。

  传统CCD摄像机在采集一幅图像的过程中只对整个图像采样一次,因此必然会出现对整个图像中明亮的区域曝光过度、或较暗的区域欠曝光的现象。

  尽管宽动态CCD摄像机与传统CCD摄像机相比,在技术上有了一次次突破,现在已发展到第三代CCD宽动态摄像机,宽动态范围也达到了160倍,或说54dB。但有资料揭示,CCD宽动态摄像机的动态范围最多也只能达到60dB。现在已经推出的基于CMOS的DPS技术宽动态摄像机,其宽动态范围一般能达到95dB,最高能达到120dB。

  DPS技术的主要特点是对每个像素进行多次单独无损失采样,使动态范围增大,说白了宽动态摄像就是采用多次曝光技术平衡调整明暗图像画面,还原逼真现场的真实效果。

  DPS(Digital Pixel System)即数字图像传感处理系统,它的核心技术是在每一个拾取的像素上都包含一个ADC(analong—to—digited数模转换器),当ADC捕捉到光信号时便直接将其转换为数字信号并放大,这就最大限度地节省了无效的传输操作,降低了噪声,保证所获取图像的高质量,使得输出后的图像无任何拖尾和开花现象。DPS系统在整个图像的获取、传输和处理中,不论前端的拾取还是后端的处理完全以数字化的形式进行,是真正纯数字化的图像传感系统。

  美国Pixim公司在斯坦福大学20世纪90年代技术发展的基础上研发了一种新型的DPS图像拾取系统,此系统可以通过其超强的宽动态功能来获得高质量图片。源于斯坦福大学的Pixim的DPS成像技术,申请了56项专利,其中42项已经生效。Pixim的DPS技术是目前唯一的直接以数字值表示光信号的图像抓取系统。CCD和CMOS传感器以模拟值表示光信号,然后再将模拟值转换成数字值,DPS则不存在模拟读出噪声。

  在DPS技术中每个像素都有一个ADC,每个像素的信息都是独立捕捉和处理的,同时使用了一个32bit的CPU处理芯片ARM7(或者ARM9)控制每个像素的曝光时间,使得模—数转换更精确。传感器可在曝光周期内对每个像素的光线进行多次和高速采样,并控制每个像素的曝光时间,在其达到最佳状态时存储像素信息,因此每个像素都经过了多次(0.8ms内)无破坏性的单独采样。在像素被采集后,系统再对其进行处理,最终形成高质量的图像。DPS系统形成的图像在水平和垂直分辨率上保持一致,任何角度都可以保证图像的高分辨率。

  Pixim的专利DPS技术标志着在摄像技术上的一个根本突破,以CCD为主流技术的摄像机必将受到DPS技术的巨大冲击。

  DPS技术在还原性的概念上,成像良好,图像质量高,采用DPS技术可使每个像素的曝光时间不同,从而使同一画面不同部分的曝光时间不尽相同。因此,整幅图像的任意点,都可达到最佳图像显示的状态,能得到清晰的图像细节,更加接近真实场景的色彩还原。

  Pixim公司称,DPS技术中“每个像素都是一部摄像机(Every pixel is a camera)”,在一幅图像中,曝光像素有数十万个,即使在最苛刻的光照条件下,也可捕捉到清晰、逼真的图像,再也不会因为阴影、眩光、反射和太阳光而使图像发暗或被破坏。因此,在DPS技术中,每个像素对应的光线都可以被优化曝光,最终形成高质量的图像。

  DPS摄像机采用的是与“人眼——大脑”系统相同的工作模式,使图像传感器和图像处理器具有双向实时互动性。DPS摄像机图像的摄取和处理过程,类似于人眼和大脑的关系,在对图像进行处理和运算的同时,不断向图像传感器下达指令,不仅调整曝光时间,而且改变实际的图像捕捉算法,实现了智能化图像处理功能。

  所以,在特定的图像特征和光照下,DPS摄像机最终能提供更详尽、完整和真实的图像细节,从而获得最佳的图像效果。
 
DPS宽动态技术的特点

  从前面的阐述可以知道宽动态技术是应用于强烈的明暗交差环境中,亦可以理解为两个环境中,一个是过度曝光,另一个过度偏暗,如在室内与室外交差环境中,摄像机安装室内,要将室内外两个不同的环境表现清晰,必须采用宽动态技术才能达到还原图像的效果。

  DPS摄像机除与CCD摄像机有相同的高清晰度外,在色度、白平衡、轮廓补偿、垂直光斑等方面都充分体现出DPS摄像机的出类拔萃的特色。用自身OSD可以设置多项功能和调整多项参数以确保在多种场合下的监控需求。下面介绍DPS摄像机的几个主要特点:

  1、最低照度

  1Lux/F1.4(AGC ON 50IRE),0.75Lux/F1.2(AGC ON 50IRE),0.01Lux/F1.2(电子灵敏度提升最大32倍)。

  2、WDR宽动态范围

  典型值95dB,最大值120dB,36调整级。

  3、背光补偿

  背光补偿具有以下4个选项。

  ·OFF,不设定背光补偿;

  ·ON,通常全范围背光补偿;

  ·1SPOT,1个区域背光补偿,通过设置可以选定背光补偿区域大小和位置;

  ·2SPOT,2个区域背光补偿,通过设置可以选定2个背光补偿区域大小和位置。

  

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关键字:DPS宽动态  摄像机

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0615/article_2680.html
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