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宽动态,让摄像机不再惧怕明暗反差

近两年,宽动态摄像机、超级动态摄像机、超宽动态摄像机等频频出现,不知不觉间,“宽动态”俨然成为了时下摄像机的卖点。
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在一些明暗反差过大的场合,一般的摄像机由于CCD的感光特性所限制,摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。针对这种情况,宽动态技术应运而生,较好地解决了这一问题。而在此之前,传统的摄像机一般会采取背光补偿功能来适应光线反差大的场合。

    常规摄像机视场中的物体在亮度较高的背景光时,需要看门口或窗外的物体,通常采用中央背光补偿(BLC)模式,它主要是靠提升视场中央部分的亮度、降低视场四周部分的亮度来达到看清位于中央位置内物体的目的。背光补偿是把画面分成几个不同的区域,每个区域分别曝光。而宽动态这一技术是同一时间曝光两次,一次快,一次慢,再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体。

    虽然二者都是为了克服在强背光环境条件下,看清目标而采取的措施,但背光补偿是以牺牲画面的对比度为代价的,所以从某种意义上说,宽动态技术是背光补偿的升级。

从一代到三代:宽动态范围不断提高
    1997年,松下首推第一代宽动态摄像机,而到了去年4月,又推出了第三代超级动态摄像机,包括枪机和快球型一体化两种机型,这又一次树起了安防业内宽动态摄像机的风向标。

    宽动态摄像机经历了从第一代到第三代的发展历程,并在这两年逐渐成熟起来。据广州市伟昊科技电子有限公司的工程师周海舰介绍,第一代超动态技术的核心是采用了新型的双速CCD图像传感器,能在同一时间对场景进行长短不同时间的曝光,形成2路信号在专用的图像处理集成电路(mn67352)中进行信号分离及进行时间周期的变换并适当合成,再经适当的加码校正、数模转换,从而输出扩展了40倍的动态范围图像。

    宽动态第二代技术在此基础上进行了改进,其动态范围可以比普通摄像机高出80倍。第二代仍利用了双速CCD图像传感器并采用了数字信号处理技术,然后通过增强的数字处理技术提取两幅画面中图像质量较好的部分加以合成,即可以得到清晰的画面。

第二代宽动态技术做的技术改进有:
    采用了独立的AGC电路和数字拐点电路,两组AGC电路,可以独立地对长时间曝光信号及短时间曝光信号分别处理并使其最佳化,避免S/N比降低问题。由于两组AGC电路具有不同的起控点,因此在摄像机输出特性曲线上出现了两个拐点; 

    第二代超动态还增加了可辨识的灰度级层次,即对黑色参考电平使用阶层式校正电路,并允许最低电平增益值可机动调整,利用正确的黑色参考电平可使图像更加稳定,也就是说,图像最黑的部分会呈现应有的黑色;

    采用了先进的数字降噪电路、增益调整电路和数字滤波器,可将CCD的感光度提升12db,改善最低照度。相对于一般摄像机的3-100lux和第一代超动态3-3000lux的照度范围,第二代达到了0.8-10000lux。

    以松下推出的第三代超级动态摄像机为例,该类摄像机采用了基于每个象素的160倍动态范围技术,双速CCD输出信号动态范围更大,DSP中采用“不分区域的(基于每个象素的)自然对比度图像校正”技术,能根据各象素输入信号电平,实现图像的灰度优化。

    一般来说,宽动态范围达到了40倍以上就可以称作宽动态摄像机了,除此之外,还有冠以超级动态、超宽动态等名称的,但从产品指标参数来看,与一般的宽动态摄像机并没有严格的划分,只不过是叫法的不同。 [nextpage]

    从了解的情况来看,各大厂家的宽动态技术各有不同:双倍速CCD传感器加上DSP芯片、普通CCD加上双快门、DPS技术(以CMOS为基础),还有VCOS超级动态技术。而目前主力研发宽动态摄像机的厂家基本上都有自己特有的宽动态技术,如松下的SD-Ⅲ技术、索尼的Dynaview技术、BOSCH的XF超动态功能、GE的XPosureTM技术……等。相对而言,国内很多厂家还缺乏这方面的实力,除此之外,开发芯片的能力也有限,所以现在市面上的国产宽动态摄像机有相当一部分都是贴牌生产的。据了解,松下、三星和索尼等少数厂家占据着宽动态摄像机的绝对市场份额。

    虽然各个厂家的宽动态技术有所不同,但大部分都发展到了第三代。而且总而言之,该类技术都是通过曝光合成来获取图像的,即被拍摄物体以正常速度曝光一次,再高速曝光一次,最后进行合成。另外还有的如JVC的产品是经过5次曝光,比两次曝光的技术更接近图像的实际,还原的效果也更理想。

    深圳市景阳科技有限公司的市场支持部副经理刘弋表示,不同厂家的宽动态摄像机除了前端的差异之外,后端芯片的选择也会影响摄像机的图像效果。例如BOSCH的技术支持工程师刘龙辉介绍,BOSCH已经推出了15bit的DSP。而据了解,这是目前DSP的最快速度,自然而然,15bit的DSP比10bit、12bit处理器的速度更高,图像更精确,成像效果更理想。

    然而,伟昊的周工指出,宽动态摄像机毕竟是采用合成图像,所以图像的还原能力稍差,色彩容易失真,有的还有重影;在一些较差的照度环境,宽动态性能也不容易体现出来。另外,广州利凌电子有限公司的市场经理冯筱羽还补充说,现在宽动态摄像机的清晰度仍不理想,例如同样是480线,用户会在感观上觉得宽动态摄像机还不如普通摄像机清晰等等,这些都是目前仍需要解决的问题。

道路与银行:宽动态摄像机的两大主战场
    由于传统摄像机的动态范围只有3∶1(3倍),如果把摄像机调节到看外面的人清楚,那么进来以后人在显示器上就“黑”了;如果是要看清室内的人,那么室外的图像则变“白”了,而在这种情况下,一台宽动态摄像机就可以解决这样的问题。目前,宽动态摄像机在银行的大门口、高速公路收费站等领域的应用正在大幅提升。还有一些需要看清所有场景、安全等级要求高的场合也会对宽动态摄像机有一定的需求,例如监控从室外进入室内的人员、钻石厂监视加工工作台、银行的柜台以及大门口等。现阶段,道路与银行是宽动态摄像机首先占领的两处战略要地。而接下来,发展较快的还有监狱监控和校园监控等,例如广州大学城就安装了一批宽动态摄像机。

    在分析到目前宽动态摄像机的年需求量时,深圳市新望明洋电子技术有限公司的市场经理高享林表示,“宽动态摄像机的市场表现应该说是比较稳定的,相比以前也不会太大的增长,如用于银行方面的,因为其改造、扩建的市场比较稳定,所以不会有太大幅度的增长。总的来说,宽动态摄像机每年出货量可以保持在20-30万只。”

    据介绍,以前银行的监控重点是柜员制,而现在,银行的大门口也是监控的重点。据中国JVC(广州)的技术支持工程师谭耀明介绍,在应用宽动态摄像机以前,银行一般会采用两只摄像机分别放在室内、室外,室外机监控进银行的是什么人,而室内机监控这些人进来后的行为动作;而现在,用一只宽动态摄像机就可以取代两只传统摄像机的作用,直接满足银行的要求。[nextpage]

    另外,高速公路上的监控分为高速公路路面监控和收费站的监控,路面监控一般会用到专业级的摄像机,清晰度、IP(International protection)防护等级都要求很高,价格也至少在万元以上,用到的工业级的摄像机非常少,所以说,目前宽动态摄像机用于道路监控的重点是高速公路收费站。尤其是在晚上,收费站工作人员需要看清车牌,而一般情况下,车灯打开后,路上的环境照度与车牌的照度形成了一定的动态范围,传统摄像机难以“看清”,所以对宽动态摄像机有了需求。而之前,用户是通过加补光,也就是在普通摄像机上面另外加光源,晚上的时候再打开,这样可以把车前灯的灯光亮度削弱,使得勉强能够清楚呈现车牌的图像。而现在,宽动态摄像机开始广泛应用起来,例如JVC的产品做高速公路的非常多,在宽动态摄像机中,有90%多用于高速公路。

    据了解,我国正在加大修建高速公路的步伐。据2005年初通过的《国家高速公路网规划》显示,在规划的8.5万公里国家高速公路中,已投入运营的高速公路有3万4千多公里,未开工建设里程约4万公里。可见,宽动态摄像机在高速公路方面还有一定的市场潜力。

宽动态功能的整合之路——淡化宽动态的概念
    “宽动态”这一名词在安防业逐渐升温,而深圳市缔佳视频实业有限公司的市场经理刘斌表示,宽动态摄像机实际上在用于明暗反差的场合时,突出实现色彩还原的功能,所以该技术的用武之地非常多。伴随着摄像机微利时代的来临,事实上,当宽动态摄像机问世之时,很多厂家都试图把它当作卖点,希望能带来可观的收益。但是,目前纯宽动态摄像机的市场状况并不能让厂家满意。

高价位 低接受度
    宽动态摄像机的定位是高端产品,其2千元甚至更高的出厂价把市场范围缩小了不少,而能采购此类摄像机的,也往往是些有实力的用户。同样是高速公路的收费站,经济发达的华南地区、华东地区及东南沿海城市的宽动态摄像机使用量比西部等地区要高很多。显然,高价位是该类摄像机普及市场的第一重障碍,所以甚至有甲方用户以采购宽动态摄像机为显示实力的象征,这足以说明宽动态摄像机对“一般人”来说是高不可攀的。

    北京优睿伯科技有限公司的总经理张晓泳表示,摄像机在每个阶段都有新的概念,如红外、宽动态等。相比较而言,红外摄像机市场占有率比宽动态的大很相应的数值。这主要是由于技术的门槛,只有国外少数厂家掌握宽动态的技术,所以它的成本不容易降下来,而且宽动态的DSP和核心技术占成本的比例大,它的研发费用高,出货量又相对比较少,所以分摊的费用比较高。不像红外摄像机,国外厂家推出这样的产品了,国内企业也能很快跟进,这样就把市场的价格拉下来了。

    因此,普通的工程商考虑到价格的因素,如果是一般的工程,也不会特别的要求用宽动态摄像机,或者要求不严格的话,可以不用宽动态。另外,很多厂家表示,现在主要是厂家在积极地推动宽动态的市场,其中有相当一部分工程商、经销商或代理商对宽动态摄像机都还不是很了解,而他们又是跟甲方直接接触的,所以他们还没有完全明白宽动态摄像机到底有什么先进的地方,失去了说服甲方采购的理由,导致甲方对宽动态这一概念的认知度普遍较低。 [nextpage]

    从用户要求实用的角度出发,如果要看宽动态摄像机的画面效果,则要搭配好的镜头、监示器以及DVR,各个环节都要好,最后还要根据环境进行调试到最佳状态,才能达到比较理想的效果。而如果用户为了节约成本,用的镜头差一些、监示器也一般,那可会埋没宽动态的“才能”。《A&S INSTALLER安防工程商》此前针对多款宽动态摄像机进行测试时总结道,“国外生产厂家对此没有统一的测试方法,摄像机测试的国际标准中也没有相关的规定,因此,动态范围的客观测试是摄像机性能指标测试中最复杂的项目。”连专业杂志都做出了这样的评价,那么对工程商及甲方用户来说,要判断其优劣就更难了。

    所以现在宽动态摄像机出现“问的多,用的少”的情况。最要紧的是,宽动态摄像机的价格是制造商与客户之间的障碍,而如果制造商在价格上做出让步,肯定会带来量上的增长。例如,慧友数码的市场经理胡海说,在去年11月份之前,该公司对宽动态摄像机的价格做了略微下调,出货量有了很明显地增长。优睿伯的张晓泳也认为宽动态摄像机的价格应该有小幅的下调,以此来提高其性价比。

宽动态亟待与其它种类摄像机进行整合
    随着制造商宣传推广力度的增加,“宽动态”这一概念也逐渐深入人心,制造商也发现,纯宽动态摄像机的高成本导致的高价位以及不能满足市场应用的需求,使其面临着市场困境。现在,宽动态与日夜两用摄像机的结合、与球机的结合等大量产品应运而生。

    例如,三星最新一款超级宽动态摄像机具有日夜转换的功能,索尼等厂家也推出了这类摄像机;而松下的第三代超级动态一体化彩色摄像机是将宽动态功能用于球机中,似乎,整合宽动态的功能才是解决宽动态摄像机叫好不叫座的锦囊妙计。

    景阳的刘弋指出,目前的监控市场的发展前景相当不错,例如创建平安城市带来的商机;平安城市更多的是用到快球,为了抢占这一商机,厂家开发出了带有宽动态技术的快球;城市里以及高速公路的收费站用的摄像机是要24小时监视的,所以日夜两用摄像机又是必需的,那么带有宽动态功能的日夜两用型摄像机又满足了甲方更高的要求。

    而据了解,在日夜两用摄像机中加入宽动态比单纯的宽动态摄像机只贵几百块钱,差距并不大,足以见得,整合了宽动态的摄像机比单纯的宽动态摄像机有更高的性价比。就目前来看,日夜两用以及快球是整合宽动态功能的两大热门,尤其是日夜两用型的。

    随着宽动态功能为工程商、经销商、代理商以及甲方用户所熟悉,大家对“宽动态”的关注将会从对概念的关注转移到对实际表现的关注,慢慢地,宽动态将作为摄像机发展的一个必备功能,而宽动态也将不再是摄像机的卖点,就像当年大家都在用黑白电视机,能看得的起彩色电视的只有少部分人,而现在,谁还会问“你家的电视是彩色的吗?”

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