宽动态摄像机在道路监控中的应用分析（2）

宽动态摄像机摄像机的最低照度是指当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号幅值下降为标准幅值700mV的50%--33%（视频标称值为1V，标准值为700mV）：另一种最低照度为CCD上的光照度,也即是CCD的感光度。CCD的光照度值远低于摄像机的最低照度值，很多不法商人就将CCD的最低照度值标称为摄像机的最低照度值，以蒙骗不知情者，这一点尤其体现在国内的一些OEM产品以及一些杂牌、低端摄像机产品上。
低照度摄像机在市场的演进简单分为以下三步：白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）；低速快门（SLOW/SHUTTER）及超感度摄像机（EXVIEW HAD）。 
1.白天彩色/晚上黑白（昼夜型摄像机COLOR/MONO） 
此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求群，昼夜型（COLOR/MONO）摄像机是利用黑白图像对红外线感度较高的特点，在一定的光源条件，利用线路切换的方式将图像由彩色转为黑白，以便于搭配红外线。在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中，早期曾采用2颗SENSOR（1颗彩色、1颗黑白）共用一组电路再行切换，目前此类摄像机已采用单一CCD（彩色）设计，在白天或光源充足时为彩色摄像机，当夜晚降临或光源不足时（一般在1LUX～3LUX）即利用数字电路将彩色信号消除掉，成为黑白图像，且为了搭配红外线，亦拿掉了彩色摄像机不可缺的红外线滤除器，此种作法虽可在夜晚达到“低照度”的目的，白天却有图像模糊，色彩不自然的缺点，并且摄像机的摄像距离会受到红外灯照射距离的限制。然而，COLOR/MONO摄像机是否属于“低照度”摄像机，仍相当具争议性，专家指出真正的“低照度摄像机”应指摄像机本身（所采用的元件、技术）可达到的功能，而白天彩色/晚上黑白的摄像机因受限于CCD灵敏度，本身并无法改变，只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升，不能算是低照度摄像机。 
2.低速快门（SLOW/SHUTTER） 
此类摄像机又称为（画面）累积型摄像机，是利用电脑记忆体的技术，连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来，成为一个图像清晰的画面，运用SLOW SHUTTER技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2（×128），并且画面能够累积的帧数 （128帧）是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆，夜间生物活动观察，夜间军事海岸线监视等，属性较静态场所的监视。此类型的低照度摄像机，大多数为进口品牌价格昂贵，且累积帧数少（32帧）。 
3.超感度摄像机（EXVIEW/HAD） 
超感度摄像机（EXVIEW/HAD），又称24小时摄像机，为98年全世界最热门的机种，其彩色照度可达0.05LUX，黑白则可达0.003-0.001LUX（亦可搭配红外线以达 0LUX）不仅能清晰的辩识图像，更是实时连续的画面。 此类型摄像机主要是采用SONY元件厂于97年所推出的EXVIEW/HAD/CCD（超感 CCD），其运用专利技术将CCD每一像素的开口率提高，进而达到更低照度的要求. 这一技术的出现受到了监控市场的欢迎，对各种光照环境下均可表现出最佳的效果.特别是配合专用的红外照明设备，可以得到高清晰度的黑白图像，实现0照度的监控（完全无光的情况下）。在近红外760mm-1100mm的近红外区域，如果配合合适波长的红外照明，就可以实现清晰的黑白图像。
三星TECHWIN公司(原三星航空，国内称为三星光电子)依靠在行业30年的生产经验，在技术的不断创新和为顾客提供高质量的安防产品上，总是走在前端。其产品系列SHC-740，SHC-740，SHC-721，SDZ-330，SPD-3300等全部采用128倍帧累积技术，清晰度高达520TVL以上，信噪比达50db以上，具有日夜转换功能。特别是SHC-740(图1)，采用了EX-VIEW HAD CCD，使用Samsung SVⅢ DSP芯片，在低照度技术，高清晰度有了新的突破(高达540TVL)，使摄像机在几乎全黑的条件下也可以得到优质的画面，其最低照度彩色模式为0.01LUX@F1.2,黑白模式为0.003lux@F1.2? sens-up模式为0.0003 LUX@F1.2，广泛应用于国防边境，军队，高速公路

宽动态 

在一些明暗反差过大的场合，一般的摄像机由于CCD的感光特性所限制，摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。针对这种情况，宽动态技术应运而生，较好地解决了这一问题。而在此之前，传统的摄像机一般会采取背光补偿功能来适应光线反差大的场合。 
常规摄像机视场中的物体在亮度较高的背景光时，需要看门口或窗外的物体，通常采用中央背光补偿(BLC)模式，它主要是靠提升视场中央部分的亮度、降低视场四周部分的亮度来达到看清位于中央位置内物体的目的。 
背光补偿，也称为逆光补偿，是把画面分成几个不同的区域，每个区域分别曝光。在某些应用场合，视场中可能包含一个很亮的区域，而被包含的主体则处于亮场的包围之中，画面一片昏暗，无层次。此时由于AGC检测到的信号电平并不低，因此放大器的增益很低，不能改进画面主体的明暗度，当引入逆光补偿时，摄像机仅对整个视场的一个子区域进行检测，通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有较高的增益，使输出信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画明朗，大大降低背景画面与主体画面的主观亮度差，整个视场的可视性得到改善.逆光补偿虽然改善了拍摄主体的亮度，但是图像质量或多或少会劣化下降。 

而宽动态这一技术是同一时间曝光两次，一次快，一次慢，再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体。虽然二者都是为了克服在强背光环境条件下，看清目标而采取的措施，但背光补偿是以牺牲画面的对比度为代价的，所以从某种意义上说，宽动态技术是背光补偿的升级。 

三星TECHWIN(三星光电子)由于企业背景的原因，在国家军工方面有着丰富的经验，产品更偏重于工业用品，耐用性和稳定性。并且具有多年来积累的光学和半导体技术经验。在内置专业半导体芯片的安防监控摄像机和嵌入式硬盘录像机等产品上有着良好的表现。其独立研发的第三代超级图像技术SVⅢ(图5),配置了双速扫描CCD，能够拍摄出具有宽动态效果的图像。并且使用了两个12位数字输入端，使SVⅢ拥有超过80db的宽动态范围，大量的数字信息经过23位的数据总线传输到DSP后，DSP进行内部处理，确保了没有数据丢失。然后宽动态范围通过非线性的适应性WDR压缩算法压缩成10位输出。
采用了适应性抗马赛克色彩再生算法，彩色达到540线，黑白570线。 
强大的灵敏度增强技术，提供动态的3D过滤后的图像，优化了信噪比。并且在保持全实时效果的低照度条件下，增强可见度。 
采用了高级的局部区域强化对比技术，即使在较差的照度条件下也能得到理想的对比度。 
采用独特的色彩控制算法可以扩大白平衡使用范围，即可以在很宽的色温范围内，将颜色准确真实的再现。这也意味着在很低照度条件下也能支持使用彩色模式并且很好的进行白平衡。

典型应用 

目前低照度、 宽动态摄像机用于道路监控的重点是高速公路收费监控系统,主要是对收费站的车道、收费广场、收费亭的收费情况，对收费车道通过的车辆类型、收费员的操作过程以及收费过程中的突发事件和特殊事件进行观察和记录，实施有效的监督。。尤其是在晚上，收费站工作人员需要看清车牌，而一般情况下，车灯打开后，路上的环境照度与车牌的照度形成了一定的动态范围，传统摄像机难以“看清”，所以对低照度、宽动态摄像机有了需求。
其次是电子警察系统，过闭路电视监控和冲红灯自动摄录等手段，提高指挥中心的直观性、实时调动能力和对交通事故、意外事件的响应能力，以及增强查处违章的客观性，并对控制区域进行全面协调控制，提高车辆的通行能力。由于需要看清车牌，24小时监控，所以对低照度，宽动态摄像机有需求。 
另外城市商业街中也有一定的应用，用以掌握一些繁华路口的交通情况，路段周围车辆的运行情况和，行人的流量情况和交通治安情况等问题。 

结束语 

随着社会对交通安全防范意识的日益加重，道路基础建设必须配合道路监控系统的建设，这无疑预示着交通监控行业潜藏着巨大大商机。而具有低照度，宽动态的摄像机必然有广阔的空间。