监控摄像机动态范围的几种测试方法浅析

　　JEITA 方法中规定，对测试卡较亮的一端不断增加照明强度或增大光圈，直到刚好可以区分出最亮的两个灰阶级别，然后对测试卡较暗的一端不断减小照明强度直到最亮的灰阶级别(白色)达到 50 IRE。用前述测试法中的公式(3)即可计算动态范围的扩展比率(dB)，即

　　动态范围扩展比率(dB)=20log(L3/L4)

　　这种方法虽然算出了动态范围扩展值，但它完全忽略了成像器捕捉中间色调的能力。JEITA 方法并没有克服两次曝光CCD传感器的主要缺陷，因为该方法只关注于对较高和较低色调范围以内的不同灰阶值的区分。

　　JEITA 方法的缺陷是：所有的测试装置都没有明确指定;没有指明怎样放置照明设备，使用何种类型的光线，甚至没有说明如何准确衡量照明强度。这就意味着，实验装置和测量条件的变化都会影响最终的测量结果。值得注意的是，JEITA方法测量的是动态范围扩展值，而不是总体的测量范围，因为该方法并未指明如何确定基准动态范围或总体动态范围。

　　Pixim的动态范围测量方法

　　为了消除上面的缺陷，让测量实验具有可重复性，使得在测量过程中可以对所有色调级别同时进行观察和比较，Pixim使用一套定制的仪器装置来测量动态范围。该套装置包含一个灯箱，它使用700瓦的白炽灯光对透光步进卡进行背光投射。测量使用的步进式光楔均由Sine Patterns LLC公司生产，两个光楔重叠在一起最高可测量ND值为0.1到6.1或大约120分贝的密度范围。

　　要在计算机监视器上或在打印文档中准确显示很宽的动态场景显然并不容易，但是Pixim DPS技术却能很好地捕捉到超宽动态图像，同时呈现单调灰阶和中间灰阶响应。

　　使用两次曝光方法的CCD摄像机拍摄的同一图片，请注意，尽管该相机自称具有很高的动态范围，但事实上还是可以从图片中场景高亮部分的晕光现象和中间色调的串色现象看出其明显的局限性。另外，就对中间色调的响应来说，该相机的响应过于平乏，与 Pixim DPS相机单调分明的响应相比，谁优谁劣，一看便知。

　　图3 采用两次曝光技术的 CCD 摄像机与CMOS-DPS摄像机拍摄图像的对比

　　用日本的CCD宽动态摄像机与CMOS-DPS摄像机拍摄实际场景的图像的对比，如图3所示。图中CCD宽动态摄像机所摄画面苍白，其色彩精准度和图像质量都不如Pixim的CMOS-DPS摄像机好。

　　结语

　　上面介绍了动态范围的概念及3种具体测试方法，可供使用者选用参考。由他们测试的两种摄像机的宽动态性能看，CCD宽动态摄像机不如CMOS宽动态摄像机好。CCD虽然灵敏度高，但响应速度较低，并不适用于高清监控摄像机采用的高分辨率逐行扫描方式，因此高清监控摄像机多采用CMOS成像器件。又由于CMOS成像器件所具有的宽动态范围、高速数字读出、无列读出噪声或固定图形噪声、工作速度更快、功耗更低的优点，使它能更方便地实现网络化与智能化。显然，CMOS摄像机潜力巨大，其在动态范围等方面优异的性能，今后将会逐步取代CCD摄像机而占领市场。