寬動(dòng)態(tài)的三種芯片組合你知道嗎？
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)不斷的往百萬像素邁進(jìn)時(shí)，所使用的感光元件也正面臨改革的命運(yùn)。在成就高畫質(zhì)的同時(shí)，更為物美價(jià)廉的CMOS已經(jīng)漸漸取代CCD，成為大部分百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)的新寵，然而，這兩種感光元件的技術(shù)在低照度或?qū)拕?dòng)態(tài)的環(huán)境下，始終無法展現(xiàn)其價(jià)值，所幸，寬動(dòng)態(tài)攝影機(jī)結(jié)合了CMOS與DSP的技術(shù)，走上了基情的道路。
目前，結(jié)合CMOS與DSP兩種技術(shù)的寬動(dòng)態(tài)攝影機(jī)，已漸漸主導(dǎo)整個(gè)安控市場(chǎng)，其中具有寬動(dòng)態(tài)功能的攝影機(jī)，價(jià)格上往往較具有競(jìng)爭(zhēng)力。從松下開發(fā)其第一支寬動(dòng)態(tài)攝影機(jī)起，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)目前已經(jīng)進(jìn)展到第3代，稱為“TrueWDR”——信噪比需要高于100，這樣的話，足以應(yīng)付所有寬動(dòng)態(tài)的光差環(huán)境。
寬動(dòng)態(tài)技術(shù)快速的發(fā)展，在安控市場(chǎng)更顯得舉足輕重。在這樣的條件背景下，寬動(dòng)態(tài)仍需步步為營(yíng)，未來才能有穩(wěn)健的市場(chǎng)。目前大部分寬動(dòng)態(tài)攝影機(jī)主要都是靠“兩個(gè)影像合并”而顯像，因此攝影機(jī)所使用的DSP如果沒有好的影像處理效能，可能會(huì)導(dǎo)致影像回復(fù)不佳、色差過大、成像模煳或是解析度不足等問題，于是，了解寬動(dòng)態(tài)的技術(shù)與應(yīng)用，是越來越重要的課題。
何謂寬動(dòng)態(tài)?
許多使用者并不清楚什么是真正的寬動(dòng)態(tài)、誤解寬動(dòng)態(tài)的功能，甚至很多製造商對(duì)寬動(dòng)態(tài)下了不同的定義，而忘卻寬動(dòng)態(tài)的本質(zhì)。
很多時(shí)候，一家廠商所定義的一個(gè)寬動(dòng)態(tài)名詞，往往和另一家廠商所解釋的技術(shù)相去甚遠(yuǎn)，就像digitalWDR或TrueWDR，每家廠商都有不同解釋。簡(jiǎn)單的說，WDR就是能夠同時(shí)清楚地顯示攝影機(jī)所捕捉到最亮與最暗的畫面;換句話說，WDR可以將背光在高反差的情境下，重新調(diào)整影像畫質(zhì)到完美的境界。
當(dāng)一道強(qiáng)光源(陽光、光線或反光)與其投影或背光，和其他照度較低的區(qū)域，同時(shí)在一個(gè)畫面顯像時(shí)，強(qiáng)光區(qū)就會(huì)過度曝光，而呈現(xiàn)一團(tuán)白光的影像，相對(duì)地，照度較低的區(qū)域常因?yàn)槠毓獠粔?，反而?huì)有一堆黑影，這兩種情形都將產(chǎn)生品質(zhì)低劣的畫面。攝影機(jī)在光差大的環(huán)境下，成像的品質(zhì)往往有所侷限，侷限范圍即是所謂的“動(dòng)態(tài)范圍”。
使用寬動(dòng)態(tài)要學(xué)會(huì)取捨，在成像的過程中，主要訴求為“降低雜訊”和“強(qiáng)化有用訊號(hào)”，而寬動(dòng)態(tài)最明顯的權(quán)衡即是雜訊與手動(dòng)微調(diào)的功夫，透過降低雜訊可以達(dá)成寬動(dòng)態(tài)，但仍需仰賴手動(dòng)微調(diào)做適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化。
此外，寬動(dòng)態(tài)可以定義為一個(gè)影像中“最亮與最暗區(qū)域的相對(duì)比例”，因此這不會(huì)是一個(gè)絕對(duì)值，而是一個(gè)相對(duì)值。該比例可以用“信噪比”表示，一般傳統(tǒng)的攝影機(jī)信噪比為10，而寬動(dòng)態(tài)攝影機(jī)信噪比為48，兩者間差了38dB。目前第3代寬動(dòng)態(tài)攝影機(jī)信噪比可以達(dá)到95dB，以現(xiàn)有的技術(shù)，信噪比大概介于120～130dB。
寬動(dòng)態(tài)的主要芯片組合
寬動(dòng)態(tài)技術(shù)主要採用了3種不同的感光芯片與處理器的組合，以達(dá)成其處理光差大的效能。感光元件是影響寬動(dòng)態(tài)功能非常重要的元素，攝影機(jī)的寬動(dòng)態(tài)范圍即是取決于感光元件的效能。因此，處理器與感光芯片的採用就相當(dāng)重要;假如我們採用舊型的ISP搭載新的寬動(dòng)態(tài)感光器時(shí)，寬動(dòng)態(tài)的功能將無法展現(xiàn)最大的效益。
透過叁種不同的芯片組合，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)將有進(jìn)一步的進(jìn)展。過去一般傳統(tǒng)攝影機(jī)對(duì)于處理不同背光條件的影像，往往採用的技術(shù)包括：低照度、濾鏡、偏光技術(shù)、自動(dòng)對(duì)焦與背光補(bǔ)償，但這些技術(shù)目前已不敷使用。寬動(dòng)態(tài)能彌補(bǔ)上述各種技術(shù)的不足，也能超越上述各種技術(shù)的效能。以下簡(jiǎn)單介紹叁種不同的芯片組合方式：
1.CCDSensor+DSP
這種寬動(dòng)態(tài)即是所謂的數(shù)碼寬動(dòng)態(tài)，其所采用的是“多重曝光”，主要結(jié)合短時(shí)間與長(zhǎng)時(shí)間的曝光速度。
第一道曝光是將所捕捉到的較亮畫面，作細(xì)部的處理，讓影像能夠更逼真的呈現(xiàn)，處理過的畫面將存在攝影機(jī)的暫存區(qū);第二次曝光將針對(duì)較暗的影像做處理，該影像也是讓成像顯得清楚易見，其儲(chǔ)存位置與第一道曝光影像相同。當(dāng)兩次曝光的影像再經(jīng)由影像處理器做更精緻的畫面修飾后，再合成兩張影像，交疊成最終畫面。
2.CMOSSensor+DPS
該技術(shù)是源自Pixim所開發(fā)的影像捕捉系統(tǒng)，該系統(tǒng)源于90年代的CMOS，叫作數(shù)碼像素系統(tǒng)(DigitalPixelSystem，DPS)。
這種寬動(dòng)態(tài)是結(jié)合ARM7CPU的控制技術(shù)，將每一個(gè)像素做“單獨(dú)曝光”。比起多重曝光技術(shù)，DPS能做的寬動(dòng)態(tài)范圍較具彈性。
從信噪比的功能來看，這種組合的信噪比能夠達(dá)到95dB，有的甚至可以達(dá)到120dB。該種技術(shù)所使用的DPS，能夠解決CCD所面臨的問題，如畫面顏色失真或有限的影像處理效能，而該技術(shù)能夠重製逼真的顏色，較能符合安控實(shí)際應(yīng)用。
CMOS+DPS的組合可比喻為眼睛與頭腦的運(yùn)作，允許影像處理器和感光元件有雙向與即時(shí)的互動(dòng)。當(dāng)DPS在處理影像時(shí)，它可以同時(shí)傳送訊號(hào)到感光元件上，這不僅可以改善曝光時(shí)間，也可以改善影像捕捉時(shí)的運(yùn)算時(shí)間，以達(dá)到較好的影像運(yùn)算效能。因此，該組合對(duì)于處理光差大的環(huán)境，其所提供的畫面會(huì)較逼真、完整。
DPS將每一個(gè)曝光的像素結(jié)合，每一個(gè)像素都是一組完整的運(yùn)算迴路，有效縮小影像像素的感光面積，曝光的面積變小，也就提升了攝影機(jī)的敏感度。
3.SonyEffio-P
相較于前兩項(xiàng)的組合，SonyEffio寬動(dòng)態(tài)有更實(shí)際的應(yīng)用。Effio-P兩年前由Sony推出，Effio-P能夠結(jié)合最新的感光元件并支援雙核CCD，以有效達(dá)成trueWDR，讓攝影機(jī)能夠有效處理高光差的背光環(huán)境，以呈現(xiàn)清楚的影像。
寬動(dòng)態(tài)并非萬能
不同的芯片組合將產(chǎn)生不同的影像效果，攝影機(jī)前端使用好的感光芯片，不代表就能達(dá)成最佳的寬動(dòng)態(tài)效果，效能的好壞主要仍取決于后端的影像處理系統(tǒng)。
另一個(gè)影響的元素是結(jié)合CMOS的韌體，如果感光芯片一樣，但I(xiàn)SP或DSP的組合如果不同，寬動(dòng)態(tài)的展現(xiàn)也會(huì)有所不同?？梢酝高^韌體改善ISP的運(yùn)算效能，而提升影像，但最明顯的差別還是有賴于其所用的硬體。
有些廠商也會(huì)開發(fā)其他的芯片，來解決影像處理功能，如大華以FPGA芯片來提升影像品質(zhì)。因此，為確保有好的寬動(dòng)態(tài)效能，廠商必須有好的設(shè)
