相機的寬動態(WDR)功能是為了在以下情形中給用戶呈現清晰的圖像: 背光環境下,光線強度呈現很大的差異,極亮和極暗的區域會同時出現在相機的一幅畫面中。 WDR使得一幅畫面中的明亮區域和黑暗區域都呈現出詳細信息,即亮的部分不會飽和,同時暗的部分不會過暗 。

1. WDR的使用

        WDR 相機通常用于監控攝像頭以及醫學應用。監控中, WDR使相機過濾掉某物體周圍的強烈背景光從而增加了分辨物體形狀及特征的能力 。WDR相機通常推薦用于那種光源從多個不同角度射入屋內的環境中,例如多個窗口的房間。安裝在屋內的攝像機可以透過進入屋內的強烈陽光或人造光得到清晰的圖像。如果室內安全攝像機正對著一扇窗戶或者入戶門, 在白天你會看到“褪色的”背景信息。在那種有大玻璃窗的賓館和商店這是很普遍的情形。
 
2.WDR所解決問題的定義
 
        相機的動態范圍通常指的是同一幅圖像中最亮點和最暗點的比例。也叫做圖像的最大對比度。然而, 大多數電子照相機的動態范圍受到嚴格的限制。它比大多數場景的動態范圍都要小, 比膠卷的動態范圍更有限。
        成像應用經常用于處理那種光照條件遠達不到理想水平的情形。特別是那種物體背對強光源的情況, 此時物體細節變得特別模糊,因為相機在高平均亮度的時間進行了自動調整。某些情況下會有多個亮度差別很大的點,標準相機很難處理好這種情況。其他的情況取決于相機的動態反應: 突然的亮度變化會引起整個系統的轉換反應。
        以上所有情形都需要使用寬動態拍著解決, 寬動態受到以下三個因素的限制: 傳感器,信號處理電路,以及顯示器(或抓幀器)。
        一般的CCD傳感器在亮度方面大概能達到1:1000 (60 dB)的動態范圍。最暗的點受傳感器的熱噪聲(thermal noise)或暗電流(dark current)的限制。最亮點受單個像素所能累積的最大電荷數限制。通常制作 CCD芯片應使其最大電荷數為受熱產生電荷數的1000倍。在一些特殊的應用中,如拍攝靜態影像的科學或天文相機,應該通過冷卻CCD及采用特殊的讀取電路對動態范圍進行充分的提升。然而,這些方法除了費用較高之外,對于一些實時應用也是不適合的。如之前所說,很多應用通常需要更大的動態范圍,如65–75 dB (1:1800–1:5600)。當使用一個60 dB的成像器拍照時, 要么黑暗區域的細節在噪點中丟失,要么明亮區域的細節因為飽和丟失,或者兩者同時發生。
        實時錄像機的電荷讀取電路,模擬放大器,及A/D轉換器限制了CCD信號的動態范圍為8 bits (48 dB)。這個范圍可以通過使用合適的模擬處理及A/D轉換器增加到10 bits;然而,對大多數應用來說這是不現實的 。另一個可選的電路類型采用非線性變換, 如對數函數或 “knee”曲線, 把1:1000的CCD輸出信號壓縮到8 bit信號。在還原了大部分圖像信息的同時,這些方法理所當然的抑制了高亮部分的細節信息。
        最后一個限制因素是顯示器(或抓幀器)。 普通的CRT monitor在一個明亮的房間可顯示的動態范圍大概在1:100。而LCD顯示器更受限制 。由視頻電路產生的約1:200左右的信號被顯示器進一步削弱 。為了達到最佳顯示效果,用戶通常需要調整monitor的對比度和亮度 。想以圖像的最大對比度顯示圖像的用戶通常會損失一些動態范圍。
 
 3.一般解決方法
 
      有兩種基本的技術方法用于支持WDR相機:
                      Multi-frame imaging – 相機拍攝多幅圖像, 每幅圖像使用不同的動態范圍, 相機把不同的圖像進行合并生成一幅WDR frame。這項技術對于靜態圖像也稱作高動態成像(HDR imaging)
          Non-linear sensors – 一般是對數傳感器,傳感器在不同亮度條件下的感光度是不同的, 使得在一幀畫面上使用寬動態范圍拍照。
       兩種方法也可以進行不同的組合。最普遍的方法是使用多個框架的 multi frame solution。
                       通過一般的光路兩個或多個傳感器并行拍照。這種方法中,每個傳感器通過不同的曝光時間或不同的光學衰減或不同的感光度使用不同的動態范圍對場景進行拍照。
           單一傳感器連續拍照, 使用不同的曝光時間拍攝供選擇的畫面, 一個畫面使用最長曝光時間,而接下來的畫面使用越來越短的曝光時間。
 

 

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2011年8月21日
作者:雞啄米 分類:IT互聯網 瀏覽: 評論:0