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体验第三代超级宽动态技术

2010-08-11 09:16:55 责任编辑: szliuning 收藏本文
监控技术一直在安防行业中处于主导地位,世界范围内的产品系统推广,摄像机的研发及应用技术得到了全面的发展。从电子管到图像传感器,从1977年第一代宽动态到2005年第三代面市,产品技术从瓶颈到突破,从突破到成熟,每一步都造就了时代的领航者。宽动态技术发展到现在已经第四个年头,从过去几个安防大鳄垄断,到现在的群雄割据。而在宽动态技术的鉴别及产品选购上却出现乱花渐欲迷人眼的局面,复杂的功能无法对比,真假产品的掺和无法进行有效的甄别。市场中现在主流的宽动态技术,一是以CCD实现宽动态功能,二是Pixim的DPS宽动态技术,两者在实现的方式上是一致的。前者发展时间较长,相对成熟,后者相对发展时间较短,技术存在一定的不成熟性。
     2008年底国内市场新推出的五款左右的新宽动态产品,现以市面中产品功能较为完善,性能较为稳定的一款产品来进行第三代宽动态技术的剖析。作为国内最早从事视频监控技术研究的中联盾—联视集团在08年年底率先推出第三代宽动态摄像机315WDR,打破了国内宽动态技术不成熟、不稳定的理论,这标志着中国民族安防技术的迅速崛起。宽动态产品主要有八大技术功能:一是超动态范围的技术应用;二是第三代双速CCD扫描;三是局部区域强化对比技术;四是独特色彩控制算法;五是多图像的快速曝光技术;六是自动图像稳定及场景变化检测技术;七是宽动态条件下的数字放大技术;八是远程控制技术。
     超动态范围的技术是宽动态核心功能,动态范围是指同一画面的最明和最暗部分的亮度及画面差异,而宽动态技术就是通过对两个图像的数字分析,把这两种差异最大程度的减小,并对两个极端差额进行增益补偿。通过图像传感器对画面的快速感应,提高对黑暗部分的曝光,减少对明亮部分的曝光。图像传感器把每一个像素上将光信号转换成数字信号,使得每一个像素有独立的和最优化的曝光时间来产生高品质、高颜色精度的图像。这里计算动态范围性能有一个指标,一般用“倍数”或“dB”,普通摄像机80倍,48dB,而第三代宽动态160倍,54dB。经过技术处理后的图像,从视觉上来看明亮部分更为柔和,层次感更好,黑暗部分更为明亮,色泽更为丰富。经样机技术测试,315WDR对于传统的宽动态功能采取精确的数字电频分析技术,对于每一个单位色彩及亮度分析进行数字计算,其一是色彩显得匀称,通透感更强,其二亮度反差小,两极高亮度差部分的图像更清晰。

     1.1机场应用实例
  转化前的两极反差较大的场景

转化后的两极反差较小的场景

 

    宽动态图像处理技术,主要有色彩算法、区域强化、图像稳定及场景检测技术。宽动态功能实现的基础必须有色彩算法和区域强化功能,通过单位像素的数字处理后,对像素内的色彩指数需要进行严格的色彩适应性抗马赛克色彩控制算法,以保证色彩饱和度与亮度协调性。而区域强化是对色彩像素计算的结果进行系统的智能判断,进行数字补偿或减少,有效减少色彩、亮度、对比度、景深等图像参数带来的画面差异,实现整体画面的有效监控。图像稳定和场景检测属于后期处理技术,图像芯片在进行高速的数字化运算时会带来电路分频的不稳定性,通过对场景进行检测,技术电路对传感器分频线路进行控制,从而防止图像的抖动、闪烁等问题的出现。315WDR是最先采用图像稳定及场景检测技术,通过2008年技术改进,主要是按功能进行电路设计,在设计上采用三层电路设计结构,实现同步运算和处理功能。

     1.2 315WDR电路分析
注:
该电路为设计原理图,
为保护设计者的权益,
实际设计电路不予公布。 
图像稳定电路原理图 场景检测电路原理图

 

 

     功能技术方面,主要是指双速CCD扫描、快速曝光、数字放大及远程控制。双速CCD扫描属于应用性技术,运用宽动态摄像机,它具有高光子转换效率、宽频谱响应、良好的线性度和宽动态范围的特点,该技术源于天体观测的CCD相机成像原理。一般采用凝视模式(主要用于观测相对静止的天体)和漂移扫描(主要用于观测相对运动的天体)两种模式。同幅双速跟踪成像CCD(Dual-Speed Tracking Imaging)是近两年来日系专业天文观测仪最为常用的设计方式,而315WDR对这种技术进行了有效的嫁接,这在宽动态技术上是一个创新。宽动态的快速曝光,首先是对明亮部分进行最合适的快门速度曝光,然后再对暗的部分用最合适的快门速度曝光,然后将两个图像进行视频处理重新组合,使明亮的部分和暗的部分可以看得清楚。该技术在宽动态中运用较为普遍,属于辅助性技术。315WDR在数字放大方面有一个最为显注的特点,在宽动态条件可以有效的进行10倍数字放大。此外,它支持RS-485远程控制技术,兼容性能较好。
     监控产品最为基础的技术就是结构,也就是后期技术的开发。电路分布的合理性,机械结构的严谨性,表现出来的就是产品设计精细,应用性强。具体来说,产品应用属于后期技术,更多体现在结构,简单如安装,其次是环境的适应性,运输的防震性等等,诸多细节化设计。315WDR在结构细节设计上在国内处于顶尖,该结构出自一日本技术顾问的手笔,在设计上讲究实用、稳定。采用最新三层电路板设计,叠加防干扰屏蔽板,电路走线短、直接,无跨线,防静电、防干扰。

     1.2 315WDR内结构

 

     中联盾——联视集团新推出的315WDR第三代宽动态产品,在技术设计和生产工艺上都是比较考究,远远优于同类厂家产品。但在价格方面,目前还没有公开的市场报价。据集团营销相关人士透露该产品主要放在2009年的核心项目,不打算全面推进市场,只限于一些市政、金融、交通等专业性项目。
 

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关键词联视宽动态

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