動態(tài)范圍的概念
動態(tài)范圍zui早是信號系統(tǒng)的概念，一個(gè)信號系統(tǒng)的動態(tài)范圍被定義成zui大不失真電平和噪聲電平的差。而在實(shí)際用途中，多用對數(shù)和比值來表示一個(gè)信號系統(tǒng)的動態(tài)范圍，比如在音頻工程中，一個(gè)放大器的動態(tài)范圍可以表示為：D=log（Power_max/Power_min）×10。
數(shù)字像機(jī)也可看作一個(gè)信號系統(tǒng)，所以動態(tài)范圍可分為兩個(gè)部分，即光學(xué)動態(tài)范圍和輸出動態(tài)范圍。
光學(xué)動態(tài)范圍
當(dāng)在強(qiáng)光源（日光、燈具或反光等）照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對亮度較低的區(qū)域在圖像中同時(shí)存在時(shí)，攝像機(jī)輸出的圖像會出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度顯現(xiàn)為白色，而晦暗區(qū)域因曝光不足成為黑色?？梢姡瑪z像機(jī)在同一場景中對zui亮區(qū)域及較暗區(qū)域的表現(xiàn)是存在著局限的，這種局限我們通常稱為光線的“動態(tài)范圍”。其廣義是指攝像機(jī)對拍攝場景中景物光照反應(yīng)的適應(yīng)能力，主要是亮度差和色溫反差的適應(yīng)范圍。
光學(xué)動態(tài)范圍（DR_Optical）=飽和曝光量/噪聲曝光量（暗電流）。
數(shù)字相機(jī)的光學(xué)動態(tài)范圍主要是由圖像傳感器決定的。其中飽和曝光量指的是圖像傳感器達(dá)到zui大的飽和容量時(shí)的曝光量，即無論再怎樣增加曝光也無法接受更多的電子了。噪聲曝光量相當(dāng)于在全黑環(huán)境時(shí)圖像傳感器僅僅有本身暗電流時(shí)的曝光量。圖像傳感器的動態(tài)范圍定義公式如下：動態(tài)范圍（db）=20*log（全電荷容量/暗電流容量）圖像傳感器的動態(tài)范圍定義的是傳感器件zui大蓄積電荷和zui小噪聲電荷的倍數(shù)關(guān)系。而攝像機(jī)的（光學(xué)）動態(tài)范圍指的是其傳感器達(dá)到這兩種狀態(tài)下對應(yīng)的曝光量的倍數(shù)關(guān)系。
輸出動態(tài)圍
目前市場上使用的攝像機(jī)內(nèi)都含有DSP（數(shù)字信號處理系統(tǒng)）。攝像機(jī)的圖像是以數(shù)字的形式再通過D/A轉(zhuǎn)換成模擬后輸出，所以輸出動態(tài)范圍主要由A/D位數(shù)決定。位數(shù)是決定數(shù)字圖像系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)，對于一個(gè)數(shù)字圖像系統(tǒng)，信息的存儲zui終是以數(shù)字的方式來進(jìn)行。所以該系統(tǒng)中必定有一個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/DConverter）。而A/D轉(zhuǎn)換器的一個(gè)重要指標(biāo)就是A/D的位數(shù)。
對于3位2進(jìn)制來說，可以表達(dá)的zui大值是2的3次方即8。8位2進(jìn)制可以表達(dá)的數(shù)值范圍是0-255，16位的范圍是0-65535等。
那么什么是A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍呢？對于一個(gè)8位的A/D，它可以記錄的zui小信號是1，zui大信號是255，那么它的動態(tài)范圍就是log（255/1）=2.4。這個(gè)值顯然是不大的。但是注意不要把8位的A/D和8位的色深搞混了。在彩色系統(tǒng)里一共有3個(gè)通道，這里的8位指的是每個(gè)通道的位數(shù)。對于彩色來講就是24位，也就是我們常說的真彩色。
實(shí)際上對于8位的JPG文件來說，能表達(dá)的亮度信息也就是這么多。這就是數(shù)字和模擬系統(tǒng)的不同之處。但實(shí)際上為了保留更大的余量和采用更好的輸出方法，基本上各個(gè)廠商都采用14bit甚至16bit的A/D轉(zhuǎn)換器。
對于數(shù)字系統(tǒng)，位數(shù)和動態(tài)范圍的對應(yīng)關(guān)系，可以說A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍對于圖像成像的色彩至關(guān)重要，A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍越大，對于圖像來說更加能夠反映所攝物體的自然色。
多種寬動態(tài)技術(shù)齊放光彩
1997年松下推出基于其SD技術(shù)的*代超動態(tài)技術(shù)攝像機(jī)，到今天為止，寬動態(tài)技術(shù)已發(fā)展到第三代。各大主要攝像機(jī)生產(chǎn)商也都相應(yīng)推出了帶有超寬動態(tài)技術(shù)的攝像機(jī)。雖然在實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)上各家的做法方式多種多樣，但CCD實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)的道理基本一致。這一類型的攝像機(jī)采用了的DSP電路，首先對明亮的被攝物體用的快門速度進(jìn)行曝光，然后，再對暗的被攝物體用的快門速度進(jìn)行曝光，zui后將這兩個(gè)圖像用DSP數(shù)字信號處理，將捕捉到的兩幅圖像重新組和在一張可視圖像上。擴(kuò)大了可能處理的動態(tài)范圍，使得明亮的被攝物體和暗的被攝物體都可以看得很清楚。但經(jīng)過這樣處理后的圖像會失去其原有的色彩效果，這也是當(dāng)前寬動態(tài)攝像機(jī)面臨的zui大問題。
美國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)了一種新型的圖像拾取系統(tǒng)——DPS，此系統(tǒng)可以通過其*的寬動態(tài)功能來獲得高質(zhì)量的圖片。寬動態(tài)功能劃時(shí)代地提升了一副圖像中亮和暗區(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。在動態(tài)范圍上，DPS采用的單一象素曝光和ARM7控制技術(shù)，相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動態(tài)范圍。從數(shù)值上來說，采用DPS技術(shù)的攝像機(jī)的動態(tài)范圍可到達(dá)95dB，zui高可至120dB。在擴(kuò)大動態(tài)范圍的同時(shí)，DPS也解決了CCD傳感器在處理動態(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)，完夠滿足不同條件下不同客戶的要求。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)象素中都使用了一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），在捕捉到光信號時(shí)直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，zui大程度上降低了信號在排列中的衰減和干擾。
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