监控摄像机动态范围的几种测试方法浅析

　　测试摄像机动态范围的基本方法与步骤

　　· 第一步：在暗室中一桌子的同一垂直平面上安装2套双阶灰度测试卡，其中1套透射灰度卡采用亮度可调的背光光源作为恒定参照，调整背光源亮度，确保自正面中心确认白块表面的发散照度为2500Lx;另外1套反射灰度卡采用位于其正面的亮度可调的照射光源，以用于测定动态范围的临界值;

　　·第二步：架设待测摄像机与灰度测试卡中心同水平面高度，并保持与灰度测试卡垂直平面呈90°夹角，同时使摄像机镜头视角能涵盖2套灰度测试卡;

　　·第三步：将摄像机的输出信号连接到视频监视器与波形监视器;

　　·第四步：在摄像机加电稳定后，开启扩展动态范围功能，将正面的照射光源的亮度调整到2500Lx。显然，在这种照度下是曝光过度的(出厂的标准照度多为2000Lx)，此时反射灰度卡的白色端条纹可能会出现层次混合，即有2条或更多灰度条表现出相同的白色，而分辨不出亮度的差别;

　　· 第五步：再不断缓慢降低光源亮度，并不断从波形监视器上观察与记录反射灰度测试卡波形的顶电平。当顶电平因为光源照度降低而开始相应降低时，记录此时的照度值(如L1)，这一照度值即为该摄像机动态范围的上限。此时的摄像机应当正好可以表现出亮度较大的白色条纹之间的亮度层次区别;

　　· 第六步：然后再不断继续缓慢降低亮度，并不断从波形监视器上观察与记录反射灰度测试卡波形的顶电平。当顶电平不再因为光源照度降低而继续相应降低时，记录此时的照度值(如L2)，这一照度值即为该摄像机动态范围的下限。此时摄像机拍摄的灰度卡图像中在亮度暗的2个灰黑色条纹之间的亮度层次区别应当正好消失而混合成一块黑色。

　　测试结果计算

　　用上述实际测试方法计算动态范围的公式如下：

　　动态范围=20logL1/L2 (dB) (3)用上述测试方法测得JVC的CCD宽动态摄像机TK-WD310EC的顶电平变化自2200Lx开始至1.1Lx结束，由式(2)可得

　　动态范围=20log2200/1.1=66dB

　　用上述测试方法测得某公司的CCD宽动态摄像机的顶电平变化自1500Lx开始至5Lx结束的动态范围为

　　动态范围=20log1500/5=49dB

　　JEITA的动态范围测试方法

　　JEITA是日本电子资讯技术产业协会的简称，其对摄像机动态范围的测量方法也是采用灰阶测试卡。实际上，是否能够准确确定动态范围，一个重要的限制因素是灰阶测试卡是否能够有效测出动态范围的全部取值。比如 Kodak Q-14 测试卡，相邻灰阶格的刻度差是1/3光圈级数 (f-stop)，最多只能测量出5.66档或大约34分贝的动态范围。

　　使用 JEITA 方法测量动态范围和动态范围扩展比率时，灰阶测试卡的 gamma值指定为2.2，总共有十个灰阶级别，能够测出的动态范围与Q-14灰阶测试卡基本相同。按照这种方法的规格说明书所述，将两张灰阶测试卡并排放置，二者中间以屏幕相隔。再用两台不同的照明光源分别照射屏幕两侧的测试卡，如图2所示。

　　图2 JEITA 动态范围扩展比率测量装置