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网络摄像机那些事儿之宽动态

随着视频监控应用的日益广泛,人们对于摄像机的要求也日益提高。然而,摄像机的工作原理与成像效果与人眼相比毕竟不同,即便是处在同一环境中,通过视频监控看到的画面与人眼看到的画面往往存在差异,尤其是光线强弱反差较大的场景,摄像机往往效果不理想。为了解决这个问题,宽动态技术应运而生。今天,我们就来谈谈宽动态那些事儿。

宽动态的定义

所谓宽动态,顾名思义,指的是宽的动态范围(WDR:WideDynamicRange),有的又称为高动态(HDR:HighDynamicRange)。要理解这个概念,首先要明确什么是动态范围。

在摄像机应用领域,动态范围一词包含两层含义:

一、指摄像机适应景物照度变化的能力。这是时间域的概念,是指摄像机在不同时间(不同场景)下能采集到的图像的最大照度范围。用可以适应的最高照度和最低照度的比值来表示。

二、指摄像机对同一个场景(同一幅图像)可以适应其照度差别的能力。这是空间域的概念。就是说:对一幅图像而言,最明亮部分和最暗淡部分的照度的变化范围。

在“宽动态”一词中,涉及到的动态范围主要是指第二层含义,空间域概念。

因此,我们可以这样来表述“宽动态”一词:宽动态,强调的是摄像机在空间域中适应照度反差(变化范围)的能力,要求能同时表现出一幅图像中高度照度部分和低照度部分的细节。

汉邦高科•摄像机那些事儿之宽动态

宽动态摄像机效果

汉邦高科•摄像机那些事儿之宽动态

常规摄像机效果

宽动态的量测指标

我们在摄像机的技术参数中常常看到,对宽动态的描述一般是“XXdB”,这里的dB就是动态范围的单位,其计算方式如下:

这里的指的是画面中的最高亮度,指画面中的最低亮度。

据此,我们可以知道:80dB表示画面中最亮与最暗的亮度比值为10000:1,以此类推,所谓的120dB超宽动态表示画面中最亮与最暗的亮度比值为1000000:1。

逆光补偿与强光抑制

在实际的监控应用场合中,我们还会经常碰到两个概念:逆光补偿与强光抑制,有人会把它们与宽动态相混淆。实际上,这两个概念与宽动态既有联系又有区别,不能混为一谈。

逆光补偿:在逆光环境下,观测物体细节偏暗无法看清,需要提升画面整体亮度,以看清物体。

强光抑制:因观测物体在强光下照射亮度过高导致无法看清,需要压制画面整体亮度,才能看清观测物体。

下面的两张图片展示了此两种效果的差异。

开启逆光补偿

开启逆光补偿

不开启逆光补偿

不开启逆光补偿

不开启强光抑制

不开启强光抑制

开启强光抑制

开启强光抑制

逆光补偿和强光抑制一般不改变摄像机的动态范围,只是根据被观测物体的情况提升或压制画面亮度。

宽动态提升过暗物体的亮度,同时压制过曝物体的亮度,从而实现对画面整体动态范围的扩大。

从原理上看,宽动态兼有逆光补偿和强光抑制的部分特点,但还不能完全进行替代。

宽动态的实现方法

目前常见的宽动态实现方法有两种:

1.数字宽动态:通过ISP对采集到的图像进行处理,调节画面的亮度、饱和度等参数,从而扩大整体的动态范围。

2.光学宽动态:对同一帧图像采取两次曝光,其中一次为针对较暗区域的长曝光,另一次为针对明亮区域的短曝光,将两次曝光得到的图像进行运算和合成,最后得到一帧明暗反差较小的图像。在此基础之上,有的厂家还有多次曝光技术,效果更好。

一般而言,光学宽动态的效果要好于数字宽动态。

下图表述了两次曝光合成宽动态的实现效果。

汉邦高科•摄像机那些事儿之宽动态

宽动态的不足

世上没有十全十美的事物。宽动态提升了画面的可视亮度范围,这是它的优点;但与此同时也带来了一些弊端,以光学宽动态为例,我们在应用中往往发现如下问题:

颜色会有一定程度的失真;

照电脑显示屏时会出现滚动横纹;

快速移动物体出现彩边和虚影;

以上问题都是因为多次曝光和图像合成所引起,在当前的技术条件下只能尽量减轻,无法消除。

因此,在摄像机选型与应用时,不需要用宽动态的场合没有必要使用宽动态效果;针对不同的场景,可以灵活选择光学宽动态、数字宽动态、强光抑制、逆光补偿等不同的功能,以达到最理想的图像效果;

结语

为了让摄像机能够适应复杂的光与影,宽动态来到了世间。此刻,它虽然仍稍显稚嫩,尚有不足之处,但随着人类技术的不断发展,它必然能茁壮成长,为视频监控事业发挥更大的作用。

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