《電子技術(shù)應(yīng)用》
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淺析實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的兩種技術(shù)
摘要: 就技術(shù)言,,不算背光補(bǔ)償技術(shù),,寬動(dòng)態(tài)有二種實(shí)現(xiàn)方式:CCD+DSP技術(shù)和CMOS+DPS技術(shù),。
Abstract:
Key words :

  就技術(shù)言,,不算背光補(bǔ)償技術(shù),,寬動(dòng)態(tài)有二種實(shí)現(xiàn)方式:CCD + DSP技術(shù)和CMOS + DPS技術(shù),。當(dāng)然,,還會(huì)涉及到其它技術(shù)細(xì)節(jié),,例如多次曝光,、圖像切割合成、單像素處理,、ARM7等等技術(shù),,下面具體來(lái)講解CCD+DSP技術(shù)與CMOS+DPS技術(shù)。

  CCD+DSP技術(shù)

  DSP芯片是一種特殊的微處理器,,根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理理論的數(shù)學(xué)模型和算法,,設(shè)計(jì)出專(zhuān)門(mén)的數(shù)字信號(hào)微處理器芯片,。計(jì)算程序全部“硬化”,數(shù)字濾波器所需要的其他設(shè)備也全部集成,、硬化,,比如加法器、存儲(chǔ)器,、控制器,、輸入/輸出接口,甚至其他類(lèi)型的外部設(shè)備等,。許多在模擬信號(hào)處理器中無(wú)法進(jìn)行的工作,,都可以在數(shù)字處理中進(jìn)行,如二維數(shù)字濾波,、數(shù)字動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè),、數(shù)字背景光補(bǔ)償、膚色輪廓校正,、細(xì)節(jié)補(bǔ)償頻率調(diào)節(jié),、準(zhǔn)確的彩色矩陣、精確的校正,、自動(dòng)聚焦等,。

  超級(jí)寬動(dòng)態(tài)技術(shù)常使用雙速CCD配合DSP的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟了。這種雙曝光(或雙快門(mén))技術(shù)的核心是針對(duì)明暗反差較大的場(chǎng)景,,攝像機(jī)先對(duì)明亮區(qū)域進(jìn)行一次快速曝光,,得到一幅亮部區(qū)域清晰正常的圖像并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器中;然后再對(duì)場(chǎng)景中暗部區(qū)域進(jìn)行一次慢速曝光,得到一幅暗部區(qū)域畫(huà)面清晰的圖像也存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器中,。以上曝光完畢后,,利用DSP特有的圖像處理算法,將兩幅圖像當(dāng)中亮度適當(dāng)?shù)牟糠址謩e切割下來(lái),,最后進(jìn)行疊加合成并輸出一幅明暗區(qū)域都清晰可見(jiàn)的圖像,。這樣就能避免亮部曝光過(guò)度和暗部曝光不足的問(wèn)題,從而使整個(gè)畫(huà)面都清晰可見(jiàn),,以實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)的處理效果,。

  從市場(chǎng)上看,上述技術(shù)的寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)產(chǎn)品一直是市場(chǎng)的主流,,且使用這種方案的廠家眾多,,雖然有研發(fā)實(shí)力的廠家寬動(dòng)態(tài)技術(shù)絕大多數(shù)相似,但是由于采用不同的DSP芯片,,在具體細(xì)節(jié)上還是有明顯差別,,比如對(duì)靈敏度、色還原度,、白平衡等的處理,。

  CMOS+DPS技術(shù)

  美國(guó)Pixim公司在斯坦福大學(xué)20世紀(jì)90年代技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上研發(fā)了一種基于CMOS技術(shù)的新型的圖像拾取系統(tǒng)——DPS(數(shù)字像素處理系統(tǒng)),,此系統(tǒng)可以通過(guò)其超強(qiáng)的寬動(dòng)態(tài)功能來(lái)獲得高質(zhì)量的圖片。寬動(dòng)態(tài)功能劃時(shí)代地提升了一幅圖像中亮和暗區(qū)域的影像拍攝效果,,可以達(dá)到比CCD更真實(shí),、更清晰的圖像。在寬動(dòng)態(tài)處理上,,DPS采用的是每一個(gè)像素單獨(dú)曝光和ARM7控制技術(shù),,相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動(dòng)態(tài)范圍。從數(shù)值上來(lái)說(shuō),,采用DPS技術(shù)的CMOS攝像機(jī)就目前的處理技術(shù),,其動(dòng)態(tài)范圍即可到達(dá)95dB,甚至可至120dB,。在擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí),,DPS也解決了CCD傳感器在處理動(dòng)態(tài)范圍和色彩真實(shí)性上的不足,其色彩還原性更加真實(shí),,能夠滿足應(yīng)用的要求,。使用這種技術(shù)的攝像機(jī)在數(shù)字圖像傳感器里每一個(gè)像素中都使用了一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC),,在捕捉到光信號(hào)時(shí)直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),,最大程度地降低了信號(hào)在排列中的衰減和干擾。

  DPS技術(shù)體現(xiàn)的寬動(dòng)態(tài)功能劃時(shí)代地提升了一幅圖像中亮和暗區(qū)域的影像拍攝效果,,可以達(dá)到比CCD更真實(shí),、更清晰的圖像。由于DPS采用的單一像素曝光和ARM7控制技術(shù),,所以相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動(dòng)態(tài)范圍,。又由于DPS的每個(gè)像素單獨(dú)處理技術(shù),也解決了CCD傳感器在處理動(dòng)態(tài)范圍時(shí)帶來(lái)的色彩還原性不足等問(wèn)題,。

  但也需要指出,,由于DPS是基于每個(gè)像素單獨(dú)處理的技術(shù),因其每個(gè)像素都包含一套完整的處理電路,,從而也大大減小了每個(gè)像素的感光面積,,即感光量減少,其結(jié)果是基于CMOS和DPS技術(shù)的攝像機(jī),,其靈敏度是有顯著影響的,,或說(shuō)不甚滿意。

  對(duì)比CCD寬動(dòng)態(tài)技術(shù),,艾普視達(dá)的市場(chǎng)部經(jīng)理范清華表示:“值得注意的是,,由于CCD的固有特性,即便是采用多次曝光方式,,CCD攝像機(jī)的寬動(dòng)態(tài)范圍最多也只有66dB,,而CMOS寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)據(jù)悉其動(dòng)態(tài)范圍已能達(dá)到120dB以上,,在未來(lái)CMOS寬動(dòng)態(tài)技術(shù)將有更大的發(fā)展空間。”

  說(shuō)到CMOS和DPS技術(shù),,也不得不說(shuō)行業(yè)巨臂SONY特別推出的View-DR超寬動(dòng)態(tài)最新技術(shù),,使動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了125dB。該View-DR超寬動(dòng)態(tài)技術(shù)包含三項(xiàng)索尼核心技術(shù):Exmor CMOS技術(shù),、多次曝光技術(shù),、VE可視性增強(qiáng)技術(shù)。所謂多次曝光技術(shù)即每個(gè)畫(huà)面通過(guò)一次標(biāo)準(zhǔn)快門(mén)和三次速度逐漸遞增的高速快門(mén)獲取的四幅圖像合成出最理想的圖像;VE可視性增強(qiáng)技術(shù)即基于對(duì)單個(gè)像素的亮度和色彩進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整,,使適應(yīng)不同的場(chǎng)景,。SONY的View-DR超寬動(dòng)態(tài)技術(shù)比傳統(tǒng)寬動(dòng)態(tài)方案在靈敏度和對(duì)比度上都有大幅提升。
 

 

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