寬動態(tài)技術(shù)是在非常強烈的對比下讓攝像機看到影像的特色而運用的一種技術(shù)。
當(dāng)在強光源（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)域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。攝像機在同一場景中對zui亮區(qū)域及較暗區(qū)域的表現(xiàn)是存在局限的，這種局限就是通常所講的“動態(tài)范圍”。
廣義上的“動態(tài)范圍”是指某一變化的事物可能改變的跨度，即其變化值的zui低端極點到zui極點之間的區(qū)域，此區(qū)域的描述一般為zui高點與zui低點之間的差值。這是一個應(yīng)用非常廣泛的概念，在談及攝像機產(chǎn)品的拍攝圖像指標(biāo)時，一般的“動態(tài)范圍”是指攝像機對拍攝場景中景物光照反射的適應(yīng)能力，具體指亮度（反差）及色溫（反差）的變化范圍。
寬動態(tài)攝像機比傳統(tǒng)只具有3:1動態(tài)范圍的攝像機超出了幾十倍。自然光線排列成從120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。當(dāng)攝像機從室內(nèi)看窗戶外面，室內(nèi)照度為100Lux，而外面風(fēng)景的照度可能是10,000Lux,對比就是10,000/100=100:1。這個對比使人眼能很容易地看到，因為人眼能處理1000:1的對比度。然而以傳統(tǒng)的閉路監(jiān)控攝像機處理它會有很大的問題，傳統(tǒng)攝像機只有3:1的對比性能，它只能選擇使用1/60秒的電子快門來取得室內(nèi)目標(biāo)的正確曝光，但是室外的影像會被清除掉（全白）；或者換種方法，攝像機選擇1/6000秒取得室外影像的曝光，但是室內(nèi)的影像會被清除（全黑）。這是一個自從攝像機被發(fā)明以來就一直長期存在的缺陷。
現(xiàn)代化的交通需要現(xiàn)代化的交通管理，為解決城市主要路段和路口的交通擁擠和阻塞狀況，減少事故、違章現(xiàn)象，建立現(xiàn)代化的智能交通指揮控制系統(tǒng)是非常必要的。同時，對于提高城市形象，促進城市的文明和發(fā)展也有著非常重要的意義。系統(tǒng)設(shè)計的總體目標(biāo)是：利用道路監(jiān)控實施交通流量和交通運行監(jiān)視，對關(guān)鍵路段實施交通實時控制，及時發(fā)現(xiàn)各種異常并采取應(yīng)急措施，保證道路高速、安全、有效地運行，提高現(xiàn)代生活的交通水平。根據(jù)現(xiàn)在交通監(jiān)控的實際需要，一般都會在交通路口、車站、商業(yè)區(qū)、高速公路收費口等重點部位安裝可控攝像機或固定攝像機.本文在分析了道路監(jiān)控的特殊需求后，主要針對道路監(jiān)控攝像機的選型設(shè)計提出了一些建議。
選購道路監(jiān)控攝像機的關(guān)注點
在視頻控制系統(tǒng)中，無論從系統(tǒng)前端圖象的攝取抑或到后端圖象信號的記錄與顯示與控制，系統(tǒng)設(shè)備性能的好壞是鑒定系統(tǒng)運作成功與否的關(guān)鍵因素。毫無疑問，設(shè)備選型的好壞直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、圖象質(zhì)量、系統(tǒng)使用壽命等有關(guān)建設(shè)方投資利益問題。因而系統(tǒng)設(shè)備選型是貫穿整個設(shè)計過程的重要環(huán)節(jié)。
道路監(jiān)控系統(tǒng)攝像機需求分析.
對圖像的清晰度和實時性有很高的要求,要求能看清車牌，若車牌號碼不能被清晰地確認(rèn)出來，則監(jiān)控抓拍就毫無意義了。 由于道路監(jiān)控需要24小時工作，需要在極暗的條件下也可以得到的畫面。 室外道路的光線的動態(tài)范圍變化較大，夏日陽光下環(huán)境照度達50000Lx－100000Lx；夜間路燈時僅為0.1Lux，變化幅度相當(dāng)大。在這種情況下攝像機無論是否具有自動調(diào)整靈敏度功能即通過攝像機本身的電子快門已不可能適應(yīng)這么寬的照度范圍，也就無法達到控制圖像效果的作用。因此必須要求攝像機具有很寬的動態(tài)范圍。 在照度不好的條件下拍攝時，拍攝的動態(tài)圖像不可避免的會有噪點干擾，所有要求寬動態(tài)攝像機有杰出的動態(tài)圖像噪點消除功能，能夠消除圖像陰影和拖尾現(xiàn)象。
道路監(jiān)控攝像機選型依據(jù)
寬動態(tài)攝像機攝像機性能中zui核心的IC電路是CCD傳感器芯片，工作原理是由CCD光學(xué)鏡頭將目標(biāo)景象成像在CCD傳感器上，傳感器為高感度CCD，然后以每秒50場25幀（CCIR制式25Frame/s;NTSC制式30 Frame/s）圖像的速度將CCD輸出的信號經(jīng)CDS相關(guān)采樣保持電路、AGC及A/D轉(zhuǎn)換電路處理后，輸入到存儲器中，再利用高速運算芯片和數(shù)據(jù)處理功能將存儲器中已存入的影像以逐行掃描方式逐行讀出，形成全視頻信號。因此攝像機輸出信號的質(zhì)量除了選擇性能上佳的CCD傳感器外，數(shù)據(jù)處理芯片/處理電路也是重要的環(huán)節(jié)。
在總結(jié)多年的實踐經(jīng)驗后，道路交通監(jiān)控的設(shè)備集成和工程商都選用下述要求的攝象機：
具備高線數(shù)（500－540電視線）的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)攝像機。 低照度（≤0.1lux），zui低照度達到0.0lux，在黑夜光照度較低的情況下，也能夠獲得清晰的圖像效果。 采用超感度，大尺寸CCD（一般是1/2英寸CCD）。由于1/2"攝像機標(biāo)靶尺寸比1/3"攝像機的標(biāo)靶尺寸大，因此成像效果更為優(yōu)良。（成像面積較大；光通量較大，光照度要求低。） 具有超寬動態(tài)拍攝功能,能在高反差以及照明突變的情況下，快速、的進行響應(yīng)，從而獲取高質(zhì)量的、充分曝光的影像畫面。 具有超級降噪技術(shù)，能夠消除動態(tài)圖像噪點，圖像陰影和拖尾現(xiàn)象。特別是在解決由車頭燈造成的路面交通監(jiān)控或停車場監(jiān)控問題時，低拖尾度尤其重要。 高信噪比, 白平衡自動調(diào)整等功能的快速（快門速度不能慢于1／1000秒）攝像機。 采用工業(yè)級器件，具有良好的全天候工作能力，長期運行穩(wěn)定可靠。 本文擬對以下幾個重點參數(shù)作說明。
1/2 EXVIEW HAD ?CCD
ccd產(chǎn)品問世已有30多年，從當(dāng)時的20萬像素發(fā)展到目前的500—800萬像素，無論其市場規(guī)模還是其應(yīng)用面，都得到了巨大的發(fā)展，可以說是在平穩(wěn)中逐步提高，特別是近幾年來，在消費領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展速度更快。
目前的ccd組件，每一個像素的面積和開發(fā)初期比較起來，己縮小到1/10以下。今后在應(yīng)用產(chǎn)品趨向小型化，高像素的要求下，單位面積將會更加的縮小。在小型化的同時，利用各種新開發(fā)的技術(shù)，使其感光度不會因為單位面積縮小而受到影響，也同時要求其性能維持或向上提升。
以下是索尼公司按年代劃分而發(fā)展的ccd傳感器簡介：
1、had感測器
had（hole-accumulation diode）傳感器是在n型基板，p型，n+2極體的表面上，加上正孔蓄積層，這是sony*的構(gòu)造。由于設(shè)計了這層正孔蓄積層，可以使感測器表面常有的暗電流問題獲得解決。另外，在n型基板上設(shè)計電子可通過的垂直型隧道，使得開口率提高，換句換說，也提高了感度。在80年代初期，索尼將其使用在可變速電子快門產(chǎn)品中，在拍攝移動快速的物體也可獲得清晰的圖象。
2、on-chip micro lens
80年代后期，因為ccd中每一像素的縮小，將使得受光面積減少，感度也將變低。為改善這個問題，索尼在每一感光二極管前裝上微小鏡片，使用微小鏡片后，感光面積不再因為感測器的開口面積而決定，而是以微小鏡片的表面積來決定。所以在規(guī)格上提高了開口率，也使感亮度因此大幅提升。
3、super had ccd
進入90年代后期以來，ccd的單位面積也越來越小，1989年開發(fā)的微小鏡片技術(shù)，已經(jīng)無法再提升感亮度，如果將ccd組件內(nèi)部放大器的放大倍率提升，將會使雜訊也被提高，畫質(zhì)會受到明顯的影響。索尼在ccd技術(shù)的研發(fā)上又更進一步，將以前使用微小鏡片的技術(shù)改良，提升光利用率，開發(fā)將鏡片的形狀*化技術(shù)，即索尼 super had ccd技術(shù)?；旧鲜且蕴嵘饫眯蕘硖嵘辛炼鹊脑O(shè)計，這也為目前的ccd基本技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
4、new structure ccd
在攝影機的光學(xué)鏡頭的光圈F值不斷的提升下，進入到攝影機內(nèi)的斜光就越來越多，使得入射到ccd組件的光無法的被聚焦到感測器上，而ccd感測器的感度將會降低。1998年索尼公司為改善這個問題，將彩色濾光片和遮光膜之間再加上一層內(nèi)部的鏡片。加上這層鏡片后可以改善內(nèi)部的光路，使斜光也可以被聚焦到感光器。而且同時將硅基板和電極間的絕緣層薄膜化，讓會造成垂直ccd畫面雜訊的訊號不會進入，使smear特性改善。
5、exview had ccd
比可視光波長更長的紅外線光，也可以在半導(dǎo)體硅芯片內(nèi)做光電變換?？墒侵廉?dāng)前為止，ccd無法將這些光電變換后的電荷，以有效的方法收集到感測器內(nèi)。為此，索尼在1998年新開發(fā)的“exview had ccd”技術(shù)就可以將以前未能有效利用的近紅外線光，有效轉(zhuǎn)換成為映像資料而用。使得可視光范圍擴充到紅外線，讓感亮度能大幅提高。利用“exview had ccd”組件時，在黑暗的環(huán)境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深層中做的光電變換時，會漏出到垂直ccd部分的smear成分，也可被收集到傳感器內(nèi)，所以影響畫質(zhì)的雜訊也會大幅降低。
zui低照度
照度是反映光照強度的一種單位，其物理意義是照射到單位面積上的光通量，照度的單位是每平方米的流明（Lm）數(shù)，也叫做勒克斯（Lux）： 1Lux=1Lm/平方米,上式中，Lm是光通量的單位，其定義是純鉑在熔化溫度（約1770℃）時，其1/60平方米的表面面積于1球面度的立體角內(nèi)所輻射的光量。
為了對照度的量有一個感性的認(rèn)識，下面舉一例進行計算，一只100W的白熾燈，其發(fā)出的總光通量約為1200Lm，若假定該光通量均勻地分布在一半球面上，則距該光源1m和5m處的光照度值可分別按下列步驟求得： 半徑為1m的半球面積為2π×12=6.28平方米 距光源1m處的光照度值為： 1200Lm/6.28平方米=191Lux同理、半徑為5m的半球面積為:2π×52=157平方米 距光源5m處的光照度值為： 1200Lm/157平方米=7.64Lux
可見，從點光源發(fā)出的光照度是遵守平方反比律的。1LUX大約等于1燭光在1米距離的照度，我們在攝像機參數(shù)規(guī)格中常見的zui低照度，表示該攝像機只需在所標(biāo)示的LUX數(shù)值下，即能獲取清晰的影像畫面，此數(shù)值越小越好，說明CCD的靈敏度越高。同樣條件下，黑白攝像機所需的照度遠比尚須處理色彩濃度的彩色攝像機要低10倍。黑白攝像機的靈敏度大約是0.02-0.5lux（勒克斯），彩色攝像機多在1lux以上。照度值不僅與鏡頭的光圈大?。‵值）有關(guān)，與測試時的周邊環(huán)境也有著較大的關(guān)系，以光圈大?。‵值）而言，光圈愈大則其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。 0.97lux/F0.75相當(dāng)于2.5lux/F1.2相當(dāng)于3.4lux/F1.0
參考環(huán)境與照度：
參照環(huán)境 | 大概照度
| 參照環(huán)境
| 大概照度
|
夏日陽光下
| 100000lux
| 室內(nèi)日光燈
| 100lux
|
陰天室外
| 10000lux
| 黃昏室內(nèi)
| 10lux
|
電視臺演播室
| 1000lux
| 20cm處燭光
| 10-15lux
|
距60w臺燈60cm桌面
| 300lux
| 夜間路燈
| 0.1lux
|
攝像機按照度可分為
普通型：正常工作所需照度1~3lux
月光型：正常工作所需照度0.1lux左右
星光型：正常工作所需照度0.01lux以下
紅外型：采用紅外燈照明，在沒有光線的情況下也可以成像
寬動態(tài)攝像機攝像機的zui低照度是指當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號幅值下降為標(biāo)準(zhǔn)幅值700mV的50%--33%（視頻標(biāo)稱值為1V，標(biāo)準(zhǔn)值為700mV）：另一種zui低照度為CCD上的光照度,也即是CCD的感光度。CCD的光照度值遠低于攝像機的zui低照度值，很多不法商人就將CCD的zui低照度值標(biāo)稱為攝像機的zui低照度值，以蒙騙不知情者，這一點尤其體現(xiàn)在國內(nèi)的一些OEM產(chǎn)品以及一些雜牌、低端攝像機產(chǎn)品上。低照度攝像機在市場的演進簡單分為以下三步：白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）；低速快門（SLOW/SHUTTER）及超感度攝像機（EXVIEW HAD）。
1.白天彩色/晚上黑白（晝夜型攝像機COLOR/MONO）
此類攝像機目前在市場上仍有其特定的需求群，晝夜型（COLOR/MONO）攝像機是利用黑白圖像對紅外線感度較高的特點，在一定的光源條件，利用線路切換的方式將圖像由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于搭配紅外線。在彩色/黑白線路轉(zhuǎn)換的技術(shù)演進過程中，早期曾采用2顆SENSOR（1顆彩色、1顆黑白）共用一組電路再行切換，目前此類攝像機已采用單一CCD（彩色）設(shè)計，在白天或光源充足時為彩色攝像機，當(dāng)夜晚降臨或光源不足時（一般在1LUX～3LUX）即利用數(shù)字電路將彩色信號消除掉，成為黑白圖像，且為了搭配紅外線，亦拿掉了彩色攝像機*紅外線濾除器，此種作法雖可在夜晚達到“低照度”的目的，白天卻有圖像模糊，色彩不自然的缺點，并且攝像機的攝像距離會受到紅外燈照射距離的限制。然而，COLOR/MONO攝像機是否屬于“低照度”攝像機，仍相當(dāng)具爭議性，專家指出真正的“低照度攝像機”應(yīng)指攝像機本身（所采用的元件、技術(shù)）可達到的功能，而白天彩色/晚上黑白的攝像機因受限于CCD靈敏度，本身并無法改變，只是利用線路切換及搭配紅外光的方式將功能提升，不能算是低照度攝像機。
2.低速快門（SLOW/SHUTTER）
此類攝像機又稱為（畫面）累積型攝像機，是利用電腦記憶體的技術(shù)，連續(xù)將幾個因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，成為一個圖像清晰的畫面，運用SLOW SHUTTER技術(shù)降低攝像機照度至0.008LUX/F1.2（×128），并且畫面能夠累積的幀數(shù) （128幀）是屬于甚至包括進口品牌再內(nèi)的水平。此類型低照度攝像機適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館，夜間生物活動觀察，夜間軍事海岸線監(jiān)視等，屬性較靜態(tài)場所的監(jiān)視。此類型的低照度攝像機，大多數(shù)為進口品牌價格昂貴，且累積幀數(shù)少（32幀）。
3.超感度攝像機（EXVIEW/HAD）
超感度攝像機（EXVIEW/HAD），又稱24小時攝像機，為98年*zui熱門的機種，其彩色照度可達0.05LUX，黑白則可達0.003-0.001LUX（亦可搭配紅外線以達 0LUX）不僅能清晰的辯識圖像，更是實時連續(xù)的畫面。 此類型攝像機主要是采用SONY元件廠于97年所推出的EXVIEW/HAD/CCD（超感 CCD），其運用技術(shù)將CCD每一像素的開口率提高，進而達到更低照度的要求. 這一技術(shù)的出現(xiàn)受到了監(jiān)控市場的歡迎，對各種光照環(huán)境下均可表現(xiàn)出*的效果.特別是配合的紅外照明設(shè)備，可以得到高清晰度的黑白圖像，實現(xiàn)0照度的監(jiān)控（*無光的情況下）。在近紅外760mm-1100mm的近紅外區(qū)域，如果配合合適波長的紅外照明，就可以實現(xiàn)清晰的黑白圖像。
