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寬動態 |
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寬動態技術是在非常強烈的對比下讓攝像機看到影像的特色而運用的一種技術。當在強光源（日光、燈具或反光等）照射下的高亮度區域及陰影、逆光等相對亮度較低的區域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現明亮區域因曝光過度成為白色，而黑暗區域因曝光不足成為黑色，嚴重影響圖像質量。攝像機在同一場景中對最亮區域及較暗區域的表現是存在局限的，這種局限就是通常所講的“動態範圍”。基本概念 廣義上的“動態範圍”是指某一變化的事物可能改變的跨度，即其變化值的最低端極點到最高端極點之間的區域，此區域的描述一般為最高點與最低點之間的差值。這是一個應用非常廣泛的概念，在談及攝像機產品的拍攝圖像指標時，一般的“動態範圍”是指攝像機對拍攝場景中景物光照反射的適應能力，具體指亮度（反差）及色溫（反差）的變化範圍。 寬動態攝像機比傳統只具有3:1動態範圍的攝像機超出了幾十倍。自然光線排列成從120,000Lux到星光夜裡的0.00035Lux。當攝像機從室內看窗戶外面，室內照度為100Lux，而外面風景的照度可能是10,000Lux,對比就是10,000/100=100:1。這個對比使人眼能很容易地看到，因為人眼能處理1000:1的對比度。然而以傳統的閉路監控攝像機處理它會有很大的問題，傳統攝像機只有3:1的對比性能，它只能選擇使用1/60秒的電子快門來取得室內目標的正確曝光，但是室外的影像會被清除掉（全白）；或者換種方法，攝像機選擇1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室內的影像會被清除（全黑）。這是一個自從攝像機被發明以來就一直長期存在的缺陷。 現代化的交通需要現代化的交通管理，為解決城市主要路段和路口的交通擁擠和阻塞狀況，減少事故、違章現象，建立現代化的智能交通指揮控制系統是非常必要的。同時，對於提高城市形象，促進城市的文明和發展也有著非常重要的意義。系統設計的總體目標是：利用道路監控實施交通流量和交通運行監視，對關鍵路段實施交通實時控制，及時發現各種異常並採取應急措施，保證道路高速、安全、有效地運行，提高現代生活的交通水平。根據交通監控的實際需要，一般都會在交通路口、車站、商業區、高速公路收費口等重點部位安裝可控攝像機或固定攝像機.本文在分析了道路監控的特殊需求後，主要針對道路監控攝像機的選型設計提出了一些建議。 選購道路監控攝像機的關注點 在視頻控制系統中，無論從系統前端圖像的攝取抑或到後端圖像信號的記錄與顯示與控制，系統設備性能的好壞是鑑定係統運作成功與否的關鍵因素。毫無疑問，設備選型的好壞直接影響到系統的穩定可靠性、圖像質量、系統使用壽命等有關建設方投資利益問題。因而係統設備選型是貫穿整個設計過程的重要環節。 道路監控系統攝像機需求分析. 對圖像的清晰度和實時性有很高的要求,要求能看清車牌，若車牌號碼不能被清晰地確認出來，則監控抓拍就毫無意義了。由於道路監控需要24小時工作，需要在極暗的條件下也可以得到優質的畫面。室外道路的光線的動態範圍變化較大，夏日陽光下環境照度達50000Lx－100000Lx；夜間路燈時僅為0.1Lux，變化幅度相當大。在這種情況下攝像機無論是否具有自動調整靈敏度功能即通過攝像機本身的電子快門已不可能適應這麼寬的照度範圍，也就無法達到控製圖像效果的作用。因此必須要求攝像機具有很寬的動態範圍。在照度不好的條件下拍攝時，拍攝的動態圖像不可避免的會有噪點干擾，所有要求寬動態攝像機有傑出的動態圖像噪點消除功能，能夠消除圖像陰影和拖尾現象。 道路監控攝像機選型依據 寬動態攝像機攝像機性能中最核心的IC電路是CCD傳感器芯片，工作原理是由CCD光學鏡頭將目標景象成像在CCD傳感器上，傳感器為高感度CCD，然後以每秒50場25幀（CCIR制式25Frame /s;NTSC制式30 Frame/s）圖像的速度將CCD輸出的信號經CDS相關採樣保持電路、AGC及A/D轉換電路處理後，輸入到存儲器中，再利用高速運算芯片和數據處理功能將存儲器中已存入的影像以逐行掃描方式逐行讀出，形成全視頻信號。因此攝像機輸出信號的質量除了選擇性能上佳的CCD傳感器外，數據處理芯片/處理電路也是重要的環節。 在總結多年的實踐經驗後，道路交通監控的設備集成和工程商都選用下述要求的攝像機： 具備高線數（500－540電視線）的工業標準攝像機。低照度(≤0.1lux)，最低照度達到0.0lux，在黑夜光照度較低的情況下，也能夠獲得清晰的圖像效果。採用超感度，大尺寸CCD（一般是1/2英寸CCD）。由於1/2"攝像機標靶尺寸比1/3"攝像機的標靶尺寸大，因此成像效果更為優良。 （成像面積較大；光通量較大，光照度要求低。） 具有超寬動態拍攝功能,能在高反差以及照明突變的情況下，快速、精確的進行響應，從而獲取高質量的、充分曝光的影像畫面。具有超級降噪技術，能夠消除動態圖像噪點，圖像陰影和拖尾現象。特別是在解決由車頭燈造成的路面交通監控或停車場監控問題時，低拖尾度尤其重要。高信噪比, 白平衡自動調整等功能的快速(快門速度不能慢於1/1000秒)攝像機。採用工業級器件，具有良好的全天候工作能力，長期運行穩定可靠。本文擬對以下幾個重點參數作說明。 1/2 EXVIEW HAD ?CCD ccd產品問世已有30多年，從20萬像素發展到500—800萬像素，無論其市場規模還是其應用面，都得到了巨大的發展，可以說是在平穩中逐步提高，特別是近幾年來，在消費領域中的應用發展速度更快。 ccd組件，每一個像素的面積和開發初期比較起來，己縮小到1/10以下。今後在應用產品趨向小型化，高像素的要求下，單位面積將會更加的縮小。在小型化的同時，利用各種新開發的技術，使其感光度不會因為單位面積縮小而受到影響，也同時要求其性能維持或向上提升。 以下是索尼公司按年代劃分而發展的ccd傳感器簡介： 1、had感測器 had（hole-accumulation diode）傳感器是在n型基板，p型，n 2極體的表面上，加上正孔蓄積層，這是sony獨特的構造。由於設計了這層正孔蓄積層，可以使感測器表面常有的暗電流問題獲得解決。另外，在n型基板上設計電子可通過的垂直型隧道，使得開口率提高，換句換說，也提高了感度。在80年代初期，索尼將其領先使用在可變速電子快門產品中，在拍攝移動快速的物體也可獲得清晰的圖像。 2、on-chip micro lens 80年代後期，因為ccd中每一像素的縮小，將使得受光面積減少，感度也將變低。為改善這個問題，索尼在每一感光二極管前裝上微小鏡片，使用微小鏡片後，感光面積不再因為感測器的開口面積而決定，而是以微小鏡片的表面積來決定。所以在規格上提高了開口率，也使感亮度因此大幅提升。 3、super had ccd 進入90年代後期以來，ccd的單位面積也越來越小，1989年開發的微小鏡片技術，已經無法再提升感亮度，如果將ccd組件內部放大器的放大倍率提升，將會使雜訊也被提高，畫質會受到明顯的影響。索尼在ccd技術的研發上又更進一步，將以前使用微小鏡片的技術改良，提升光利用率，開發將鏡片的形狀最優化技術，即索尼super had ccd技術。基本上是以提升光利用效率來提升感亮度的設計，這也為ccd基本技術奠定了基礎。 4、new structure ccd 在攝影機的光學鏡頭的光圈F值不斷的提升下，進入到攝影機內的斜光就越來越多，使得入射到ccd組件的光無法百分之百的被聚焦到感測器上，而ccd感測器的感度將會降低。 1998年索尼公司為改善這個問題，將彩色濾光片和遮光膜之間再加上一層內部的鏡片。加上這層鏡片後可以改善內部的光路，使斜光也可以被聚焦到感光器。而且同時將矽基板和電極間的絕緣層薄膜化，讓會造成垂直ccd畫面雜訊的訊號不會進入，使smear特性改善。 5、exview had ccd 比可視光波長更長的紅外線光，也可以在半導體矽芯片內做光電變換。可是至當前為止，ccd無法將這些光電變換後的電荷，以有效的方法收集到感測器內。為此，索尼在1998年新開發的“exview had ccd”技術就可以將以前未能有效利用的近紅外線光，有效轉換成為映像資料而用。使得可視光範圍擴充到紅外線，讓感亮度能大幅提高。利用“exview had ccd”組件時，在黑暗的環境下也可得到高亮度的照片。而且之前在矽晶板深層中做的光電變換時，會漏出到垂直ccd部分的smear成分，也可被收集到傳感器內，所以影響畫質的雜訊也會大幅降低。 最低照度 照度是反映光照強度的一種單位，其物理意義是照射到單位面積上的光通量，照度的單位是每平方米的流明（Lm）數，也叫做勒克斯（Lux）： 1Lux=1Lm/平方米,上式中，Lm是光通量的單位，其定義是純鉑在熔化溫度（約1770℃）時，其1/60平方米的表面面積於1球面度的立體角內所輻射的光量。 為了對照度的量有一個感性的認識，下面舉一例進行計算，一隻100W的白熾燈，其發出的總光通量約為1200Lm，若假定該光通量均勻地分佈在一半球面上，則距該光源1m和5m處的光照度值可分別按下列步驟求得： 半徑為1m的半球面積為2π×1×1=6.28平方米距光源1m處的光照度值為： 1200Lm/6.28平方米=191Lux同理、半徑為5m的半球面積為:2π×5×5=157平方米距光源5m處的光照度值為： 1200Lm/157平方米=7.64Lux |
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