浅析实现宽动态摄像机的两种技术

　　就技术言，不算背光补偿技术，宽动态有二种实现方式：CCD + DSP技术和CMOS + DPS技术。当然，还会涉及到其它技术细节，例如多次曝光、图像切割合成、单像素处理、ARM7等等技术，下面具体来讲解CCD+DSP技术与CMOS+DPS技术。

　　CCD+DSP技术

　　DSP芯片是一种特殊的微处理器，根据数字信号处理理论的数学模型和算法，设计出专门的数字信号微处理器芯片。计算程序全部“硬化”，数字滤波器所需要的其他设备也全部集成、硬化，比如加法器、存储器、控制器、输入/输出接口，甚至其他类型的外部设备等。许多在模拟信号处理器中无法进行的工作，都可以在数字处理中进行，如二维数字滤波、数字动态图像检测、数字背景光补偿、肤色轮廓校正、细节补偿频率调节、准确的彩色矩阵、精确的校正、自动聚焦等。

　　超级宽动态技术常使用双速CCD配合DSP的处理方法已经相当成熟了。这种双曝光(或双快门)技术的核心是针对明暗反差较大的场景，摄像机先对明亮区域进行一次快速曝光，得到一幅亮部区域清晰正常的图像并存储到数据缓冲存储器中;然后再对场景中暗部区域进行一次慢速曝光，得到一幅暗部区域画面清晰的图像也存储到数据缓冲存储器中。以上曝光完毕后，利用DSP特有的图像处理算法，将两幅图像当中亮度适当的部分分别切割下来，最后进行叠加合成并输出一幅明暗区域都清晰可见的图像。这样就能避免亮部曝光过度和暗部曝光不足的问题，从而使整个画面都清晰可见，以实现宽动态的处理效果。

　　从市场上看，上述技术的宽动态摄像机产品一直是市场的主流，且使用这种方案的厂家众多，虽然有研发实力的厂家宽动态技术绝大多数相似，但是由于采用不同的DSP芯片，在具体细节上还是有明显差别，比如对灵敏度、色还原度、白平衡等的处理。

　　CMOS+DPS技术

　　美国Pixim公司在斯坦福大学20世纪90年代技术发展基础上研发了一种基于CMOS技术的新型的图像拾取系统——DPS(数字像素处理系统)，此系统可以通过其超强的宽动态功能来获得高质量的图片。宽动态功能划时代地提升了一幅图像中亮和暗区域的影像拍摄效果，可以达到比CCD更真实、更清晰的图像。在宽动态处理上，DPS采用的是每一个像素单独曝光和ARM7控制技术，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。从数值上来说，采用DPS技术的CMOS摄像机就目前的处理技术，其动态范围即可到达95dB，甚至可至120dB。在扩大动态范围的同时，DPS也解决了CCD传感器在处理动态范围和色彩真实性上的不足，其色彩还原性更加真实，能够满足应用的要求。使用这种技术的摄像机在数字图像传感器里每一个像素中都使用了一个模拟数字转换器(ADC)，在捕捉到光信号时直接转化为数字信号，最大程度地降低了信号在排列中的衰减和干扰。

　　DPS技术体现的宽动态功能划时代地提升了一幅图像中亮和暗区域的影像拍摄效果，可以达到比CCD更真实、更清晰的图像。由于DPS采用的单一像素曝光和ARM7控制技术，所以相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。又由于DPS的每个像素单独处理技术，也解决了CCD传感器在处理动态范围时带来的色彩还原性不足等问题。

　　但也需要指出，由于DPS是基于每个像素单独处理的技术，因其每个像素都包含一套完整的处理电路，从而也大大减小了每个像素的感光面积，即感光量减少，其结果是基于CMOS和DPS技术的摄像机，其灵敏度是有显著影响的，或说不甚满意。

　　对比CCD宽动态技术，艾普视达的市场部经理范清华表示：“值得注意的是，由于CCD的固有特性，即便是采用多次曝光方式，CCD摄像机的宽动态范围最多也只有66dB，而CMOS宽动态摄像机据悉其动态范围已能达到120dB以上，在未来CMOS宽动态技术将有更大的发展空间。”

　　说到CMOS和DPS技术，也不得不说行业巨臂SONY特别推出的View-DR超宽动态最新技术，使动态范围达到了125dB。该View-DR超宽动态技术包含三项索尼核心技术：Exmor CMOS技术、多次曝光技术、VE可视性增强技术。所谓多次曝光技术即每个画面通过一次标准快门和三次速度逐渐递增的高速快门获取的四幅图像合成出最理想的图像;VE可视性增强技术即基于对单个像素的亮度和色彩进行动态优化调整，使适应不同的场景。SONY的View-DR超宽动态技术比传统宽动态方案在灵敏度和对比度上都有大幅提升。