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宽动态——明暗反差的拯救者

 

随着视频监控适用范围的扩大和应用环境的复杂化发展,对监控设备自身的硬件要求也越来越高,只有技术不断满足需求,产品才能有更好的应用市场和发展空间。所以,为了满足摄像机在强光、逆光条件下的正常使用,宽动态技术在安防领域应运而生。

什么是宽动态

广义上的“动态范围”是指某一变化的事物可能改变的跨度,即其变化值的最低端极点到最高端极点之间的区域,此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。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。

宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。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最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”。

宽动态技术的实现方式 有哪些 

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。

虽然宽动态解决了明暗反差的问题,但其自身也存在一定的缺陷。其一,由于其在高亮区域短曝特征,没有达到抗闪所需的最低曝光时间,会导致在日光灯场景下亮区域出现横条纹闪烁;其二,由于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。可见,没有完美的技术,也没有完美的应用,只有不断实践、不断改进才能应用更广,发挥更大的作用。技术的进步过程就是在不断的实践应用中不断检测和弥补完善中螺旋上升的过程。期待宽动态技术能在不断的上升中发挥更大的“能量”。