解析DPS宽动态监控摄像机技术及应用

　　随着安防行业的不断发展，摄像机的各项技术得到不同程度的突破，从而得到了多种更新换代的产品。从初的黑白摄像机到现在广泛使用的彩色摄像机，从初的单一种类摄像机发展到现在多品种、多功能摄像机，从初的低线摄像机到现在的超高清晰度摄像机，摄像机技术不断发展，使得用户可根据实际环境与不同需求来选择摄像机。

　　随着用户对摄像机图像效果要求的不断提高，在明暗反差过大的场景中，如大厅、门口等光线差别比较大的场所，传统摄像机只能依靠背光补偿（BLC）功能来处理。当背光补偿功能打开的时候，背景图像会出现曝光过足，图像发白、失真；当背光补偿功能关闭的时候，前景图像因为曝光不足而成为黑色。许多摄像机生产厂家为了解决这些问题，相应地对背光补偿（BLC）采用了一些增强技术，但也仅是对局部图像进行处理，无法得到理想的全局图像。因此必须有一种具有新技术的摄像机，来满足逆光环境下对摄像机的要求。宽动态技术摄像机应运而生，逐渐成为各大摄像机生产厂商关注的焦点。

　　宽动态摄像机介绍

　　按照度值来衡量，当摄像机从室内看窗外，室内照度为100Lux，而外面的照度可能是在10,000Lux，对比就是10,000/100=100：1。在这种对比下人眼能很容易的同时看清室内和室外的物体，因为人眼能处理1000:1的对比度。然而传统CCD摄像机就会有很大的问题。因为传统摄像机只有3:1的对比性能。

　　安装现场复杂的光线环境，导致只能看到监控目标的轮廓，同时会出现画面被破坏、缺乏色彩层次等问题。当使用慢为1/50秒的电子快门来取得室内较暗处目标的正确曝光，但在这种情况下室外明亮处的图像由于过度曝光会变白（过亮）；当选择快1/6000秒取得室外明亮处影像的完美的曝光，但是室内较暗处的影像会由于欠曝光而变黑（过暗）。

　　宽动态摄像机技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到物体图像而运用的一种技术。当在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。

　　广义上的“动态范围”是指某一变化的事物可能改变的跨度，即其变化值的端极点到端极点之间的区域，此区域的描述一般为点与点之间的差值。这是一个应用非常广泛的概念，在谈及摄像机产品的拍摄图像指标时，一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度（反差）及色温（反差）的变化范围。

　　DPS宽动态摄像机技术

　　1、与传统CCD相比DPS摄像机是真正的数字摄像机

　　传统CCD摄像机在图像的采集、处理和输出过程中需要经过两次模拟信号的转换过程，从CCD（模拟）——A/D转换——处理器（DSP）——D/A转换——输出（模拟），存在着传输时间长（整个传输转换过程需要数十毫秒），转换噪声大，视频信号衰减等缺陷。

　　DPS摄像机的工作原理

　　DPS（DigitalPixelSystem数字像素处理系统）摄像机包含有一个数字的图像传感器和一个数字的图像处理器。其技术是在数字图像传感器的每一个像素上集成了一个模拟数字转换器（ADC），每个数字图像传感器的ADC在捕捉到光信号时直接转换为数字信号，从采样到输出的过程，单帧图像获取时间仅需0.8毫秒，限度地减少了无效的转换，降低了噪音和衰减。

　　传统CCD摄像机工作原理

　　DPS摄像机在整个图像的获取、传输和处理中，不论前端的拾取还是后端的处理完全是数字化的过程。保证了获取图像的高质量性，在输出后的图像无任何拖尾和开花现象。是真正纯数字化的图像处理系统。

　　2、DPS的多重采样技术

　　DPS摄像机的工作原理

　　DPS（DigitalPixelSystem数字像素处理系统）摄像机包含有一个数字的图像传感器和一个数字的图像处理器。其技术是在数字图像传感器的每一个像素上集成了一个模拟数字转换器（ADC），每个数字图像传感器的ADC在捕捉到光信号时直接转换为数字信号，从采样到输出的过程，单帧图像获取时间仅需0.8毫秒，限度地减少了无效的转换，降低了噪音和衰减。

　　传统CCD摄像机工作原理

　　DPS摄像机在整个图像的获取、传输和处理中，不论前端的拾取还是后端的处理完全是数字化的过程。保证了获取图像的高质量性，在输出后的图像无任何拖尾和开花现象。是真正纯数字化的图像处理系统。

　　2、DPS的多重采样技术

　　传统CCD摄像机只能同时处理一整列像素，在采集一幅图像的过程中通常只对整个图像采样1次，获取的图像会出现不同程度的明亮的区域曝光过度、较暗的区域欠曝光的现象（如下图）。其它些所谓的宽动态摄像机也仅是采取两次或多次采样的方式合成一幅图像，效果上虽有所改善，但不能从本质上彻底解决问题。

　　S1点亮度较高，控制采样曝光的时间相对较短；S5点亮度较暗，曝光时间就较长。DPS摄像机实现逐点采样逐点控制曝光，可同时获取场景中明亮及阴暗区域详细的图像信息。

　　采用DPS技术的摄像机在采集一幅图像时，系统可对每个像素进行多次单独无损失采样，成像系统控制每个像素的采样时间，在每个像素达到状态时存储像素信息，终可同时获取场景中明亮及阴暗区域详细的图像信息。

　　3、模拟人眼与大脑，图像传感器和图像处理器具有双向实时互动性

　　模拟人眼与大脑，图像传感器和图像处理器具有双向实时互动性。DPS摄像机在图像的摄取和处理过程类似于人眼和大脑的关系，负责图像的处理和运算的同时，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。终，在特定的图像特征和光照下，获得的图像效果。

　　4、更宽的动态范围和更真实的色彩再现

　　采用DPS技术的摄像机，通过其特有的数字采样和数字处理，得到比CCD摄像机更宽的动态范围（CCD的动态范围为60dB，DPS可达到120dB）。

　　更加接近真实场景的色彩还原

　　5、强大的软件应用

　　DPS摄像机内嵌ARM7CPU处理器，配以强大的软件平台，使许多传统CCD摄像机无法企及的功能变得简单有效。

　　多语言界面平台，NTSC/PAL制式兼容，可使摄像机打破传统地域界限，实现产品国际化，为不同地区的使用者带来方便；

　　智能线缆传输长度补偿、更宽的线锁调整范围、更宽的白平衡范围，使调整、偏色等问题变得迎刃而解；

　　日夜模式控制，采用可移动红外滤片，白天用彩色，夜晚用黑白，增强夜晚感受红外光的能力，突破传统摄像机在低照下的技术瓶颈，解决在环境光线较暗的情况下图像成像的问题；

　　远程摄像机的设置调整使原本烦琐的安装调试变得简单轻松；

　　同样数字化的信号输出可直接提供给高端的显示设备以及编码压缩芯片，减少信号还原过程的损失，得到更加真实的图像。

　　6、宽动态摄像机应用

　　DPS摄像机优良的宽动态特性可使其应用于光线落差较大的环境中（特别是从室内看向室外）看清全景中每个角落的细节，如安装了宽大玻璃窗的办公大厅、银行、ATM机、几乎每个商店、机场等，这些位于门口、窗口等处具有明亮背景光的监控场景，都可得到满意的可辨识图像，模拟摄像机在这类场景的监控受制其技术上的缺陷较难取得理想效果。

　　总结

　　DPS数字像素处理技术标志着在摄像机技术上的一个根本突破，代表了摄像机传感器方面的一项突破性进展。它是一种捕捉高质量图像的技术，使用在复杂及苛刻的光照条件下。凭借着优良的宽动态技术，景阳宽动态摄像机将为用户解决复杂光线环境下监控的诸多难题，上满足各行各业对摄像机的不同需求。