相机的宽动态(WDR)功能是为了在以下情形中给用户呈现清晰的图像: 背光环境下,光线强度呈现很大的差异,极亮和极暗的区域会同时出现在相机的一幅画面中。 WDR使得一幅画面中的明亮区域和黑暗区域都呈现出详细信息,即亮的部分不会饱和,同时暗的部分不会过暗 。

1. WDR的使用

        WDR 相机通常用于监控摄像头以及医学应用。监控中, WDR使相机过滤掉某物体周围的强烈背景光从而增加了分辨物体形状及特征的能力 。WDR相机通常推荐用于那种光源从多个不同角度射入屋内的环境中,例如多个窗口的房间。安装在屋内的摄像机可以透过进入屋内的强烈阳光或人造光得到清晰的图像。如果室内安全摄像机正对着一扇窗户或者入户门, 在白天你会看到“褪色的”背景信息。在那种有大玻璃窗的宾馆和商店这是很普遍的情形。
 
2.WDR所解决问题的定义
 
        相机的动态范围通常指的是同一幅图像中最亮点和最暗点的比例。也叫做图像的最大对比度。然而, 大多数电子照相机的动态范围受到严格的限制。它比大多数场景的动态范围都要小, 比胶卷的动态范围更有限。
        成像应用经常用于处理那种光照条件远达不到理想水平的情形。特别是那种物体背对强光源的情况, 此时物体细节变得特别模糊,因为相机在高平均亮度的时间进行了自动调整。某些情况下会有多个亮度差别很大的点,标准相机很难处理好这种情况。其他的情况取决于相机的动态反应: 突然的亮度变化会引起整个系统的转换反应。
        以上所有情形都需要使用宽动态拍着解决, 宽动态受到以下三个因素的限制: 传感器,信号处理电路,以及显示器(或抓帧器)。
        一般的CCD传感器在亮度方面大概能达到1:1000 (60 dB)的动态范围。最暗的点受传感器的热噪声(thermal noise)或暗电流(dark current)的限制。最亮点受单个像素所能累积的最大电荷数限制。通常制作 CCD芯片应使其最大电荷数为受热产生电荷数的1000倍。在一些特殊的应用中,如拍摄静态影像的科学或天文相机,应该通过冷却CCD及采用特殊的读取电路对动态范围进行充分的提升。然而,这些方法除了费用较高之外,对于一些实时应用也是不适合的。如之前所说,很多应用通常需要更大的动态范围,如65–75 dB (1:1800–1:5600)。当使用一个60 dB的成像器拍照时, 要么黑暗区域的细节在噪点中丢失,要么明亮区域的细节因为饱和丢失,或者两者同时发生。
        实时录像机的电荷读取电路,模拟放大器,及A/D转换器限制了CCD信号的动态范围为8 bits (48 dB)。这个范围可以通过使用合适的模拟处理及A/D转换器增加到10 bits;然而,对大多数应用来说这是不现实的 。另一个可选的电路类型采用非线性变换, 如对数函数或 “knee”曲线, 把1:1000的CCD输出信号压缩到8 bit信号。在还原了大部分图像信息的同时,这些方法理所当然的抑制了高亮部分的细节信息。
        最后一个限制因素是显示器(或抓帧器)。 普通的CRT monitor在一个明亮的房间可显示的动态范围大概在1:100。而LCD显示器更受限制 。由视频电路产生的约1:200左右的信号被显示器进一步削弱 。为了达到最佳显示效果,用户通常需要调整monitor的对比度和亮度 。想以图像的最大对比度显示图像的用户通常会损失一些动态范围。
 
 3.一般解决方法
 
      有两种基本的技术方法用于支持WDR相机:
                      Multi-frame imaging – 相机拍摄多幅图像, 每幅图像使用不同的动态范围, 相机把不同的图像进行合并生成一幅WDR frame。这项技术对于静态图像也称作高动态成像(HDR imaging)
          Non-linear sensors – 一般是对数传感器,传感器在不同亮度条件下的感光度是不同的, 使得在一帧画面上使用宽动态范围拍照。
       两种方法也可以进行不同的组合。最普遍的方法是使用多个框架的 multi frame solution。
                       通过一般的光路两个或多个传感器并行拍照。这种方法中,每个传感器通过不同的曝光时间或不同的光学衰减或不同的感光度使用不同的动态范围对场景进行拍照。
           单一传感器连续拍照, 使用不同的曝光时间拍摄供选择的画面, 一个画面使用最长曝光时间,而接下来的画面使用越来越短的曝光时间。
 

 

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2011年8月21日
作者:鸡啄米 分类:IT互联网 浏览: 诚博国际:0