寬動態技術(Wide dynamic technology)是壹種用於讓相機在非常強的對比度下看到圖像特征的技術。
當高亮度區域受到強光源(太陽光、燈或反光等)照射時。)和陰影、背光等亮度相對較低的區域共存於圖像中，亮的區域會因曝光過度而變白，暗的區域會因曝光不足而變黑，嚴重影響圖像質量。相機對同壹場景中最亮區域和較暗區域的性能都有限制，也就是通常所說的“動態範圍”。
廣義的“動態範圍”是指壹個變化著的事物可能變化的跨度，即其變化值的最低極點與最高極點之間的區域，壹般描述為最高點與最低點之差。這是壹個非常廣泛使用的概念。在談到相機產品的拍攝圖像指標時，壹般的“動態範圍”是指相機對場景的光照反射的適應能力，具體來說就是亮度(對比度)和色溫(對比度)的範圍。
相比傳統的3:1動態範圍的相機，寬動態相機已經超過了好幾倍。自然光安排在星夜120000 lux到0.00035Lux。相機從室內看窗外，室內照度為100Lux，室外照度可能為10000 lux，對比度為10000/100 = 100:1。這個對比度人眼很容易看出來，因為人眼可以處理1000:1的對比度。但是傳統的閉路監控攝像頭在處理的時候會有很大的問題。傳統相機只有3:1的對比度表現，只能選擇使用1/60秒的電子快門來獲得室內物體的正確曝光，但室外圖像會被清零(全白)。或者換壹種說法，相機選擇1/6000秒來獲得室外圖像的完美曝光，但室內圖像會被清除(全黑)。這是相機發明以來壹直存在的缺陷。
現代交通需要現代交通管理。為了解決城市主要路段和路口的交通擁堵和堵塞，減少事故和違章，有必要建立現代化的智能交通指揮控制系統。同時，對改善城市形象，促進城市文明發展也具有重要意義。系統設計的總體目標是:通過道路監控對交通流量和交通運行進行監控，對重點路段的交通進行實時控制，及時發現各種異常並采取應急措施，保證道路的高速、安全、有效運行，提高現代生活的交通水平。根據交通監控的實際需要，通常在交通路口、車站、商業區、高速公路收費站等關鍵部位安裝可控攝像機或固定攝像機。本文在分析了道路監控的特殊需求後，主要對道路監控攝像機的選擇和設計提出了壹些建議。
選購道路監控攝像機的註意事項
在視頻控制系統中，無論是從前端的圖像采集還是後端的圖像信號記錄和顯示與控制，系統設備的性能都是評價系統運行成功與否的關鍵因素。毫無疑問，設備的選擇直接影響到系統的穩定性和可靠性、圖像質量、系統的使用壽命等問題，關系到建設者的投資利益。因此，系統設備選型是貫穿整個設計過程的重要環節。
道路監控系統攝像機需求分析。
對圖像清晰度和實時性要求很高，要求看清車牌。如果不能明確確認車牌號，監控抓拍就沒有意義。因為道路監控需要24小時工作，所以需要在極度黑暗的條件下獲得高質量的畫面。室外路燈動態範圍變化較大，夏季日照時環境照度達到50000lx-1000000lx。晚上路燈只有0.1Lux，變化比較大。在這種情況下，無論相機是否具有自動調節感光度的功能，都不可能通過相機本身的電子快門來適應如此寬的光照範圍，也無法控制圖像效果。因此，必須要求相機具有寬的動態範圍。在光照條件不好的情況下拍攝，所拍攝的動態圖像不可避免的會有噪聲幹擾。所有寬動態相機都要求對動態圖像具有突出的消噪功能，能夠消除圖像的陰影和拖尾。
道路監控攝像機的選擇依據
寬動態相機性能的核心集成電路是CCD傳感器芯片。工作原理是通過CCD光學鏡頭將目標場景成像在CCD傳感器上，傳感器為高靈敏度CCD，然後50場25幀/秒(CCIR系統25幀/秒；NTSC標準30 Frame/s)圖像，CCD輸出的信號經過CDS相關采樣保持電路、AGC和A/D轉換電路處理後輸入存儲器，然後利用高速運算芯片和數據處理功能將存儲器中存儲的圖像逐行讀出，形成完整的視頻信號。因此，相機輸出信號的好壞，不僅僅是性能好的CCD傳感器的選擇，還有數據處理芯片/電路的選擇。
道路交通監控的設備集成和工程師在總結了多年的實踐經驗後，選擇了以下攝像機:
高線數工業標準攝像機(500-540電視線)。低照度(≤0.1lux)，最低照度達到0.0lux，即使在夜間低照度的情況下也能獲得清晰的圖像效果。采用超感光、大尺寸CCD(壹般為1/2英寸CCD)。因為1/2”相機的目標尺寸比1/3”相機大，成像效果更好。(成像面積大；光通量大，照度要求低。)具有超寬動態拍攝功能，在高反差和光線突變的情況下，能夠快速準確地做出反應，從而獲得高質量、曝光充分的影像。采用超級降噪技術，可消除動態圖像噪點、圖像陰影和拖尾。尤其是在解決大燈引起的道路交通監控或者停車場監控問題時，低拖尾度顯得尤為重要。高信噪比，快速白平衡自動調節等功能(快門速度不能慢於1/1000秒)攝像頭。采用工業級設備，具有良好的全天候工作能力，長期穩定可靠運行。本文旨在解釋以下關鍵參數。
1/2 EXVIEW HAD？電荷耦合器件
Ccd產品生產了30多年，從當時的20萬像素到現在的500-800萬像素。無論是市場規模還是應用領域都有了很大的發展，可以說是穩步逐步提升，尤其是近幾年在消費領域的應用發展更快。
與最初的開發相比，現在的ccd模塊每個像素的面積已經縮小到1/10以下。未來在應用產品小型化、高像素的要求下，單位面積會更小。在小型化的同時，利用各種新開發的技術，使單位面積的減小不會影響靈敏度，同時要求保持或提高其性能。
下面按照年齡劃分簡單介紹壹下索尼研發的ccd傳感器:
1，有傳感器
Had(hole-accumulation diode)傳感器是索尼特有的結構，在N型襯底、P型和n+2極體表面，加上壹個正空穴積累層。由於這種正空穴積累層的設計，可以解決傳感器表面常見的暗電流問題。另外，在N型襯底上設計了可以讓電子通過的垂直隧道，提高了開口率，換句話說，也提高了靈敏度。80年代初，索尼率先將其用於變速電子快門產品中，在拍攝快速移動的物體時也能獲得清晰的圖像。
2、片上微透鏡
80年代後期，因為ccd中每個像素的縮小，受光面積會減小，靈敏度會更低。為了改善這個問題，索尼在每個光電二極管前安裝了壹個微型鏡頭。使用微鏡頭後，感光面積不再由傳感器的開口面積決定，而是由微鏡頭的表面積決定。因此在規格上提高了開口率，亮度也大大提高。
3、超有ccd
從90年代後期開始，ccd的單位面積越來越小，1989開發的微鏡頭技術已經無法提高亮度。如果增加ccd模塊內部放大器的放大倍數，噪聲也會得到改善，圖像質量會受到明顯影響。索尼在ccd技術的研發上走得更遠，改進了過去使用微小鏡頭的技術，提高了光的利用率，開發了優化鏡頭形狀的技術，也就是索尼super had ccd技術。基本上是通過提高光的利用效率來提高亮度，這也為現在的基礎ccd技術奠定了基礎。
4、新結構ccd
隨著相機光學鏡頭光圈f值的不斷提高，越來越多的斜射光進入相機，使得入射到ccd模塊上的光無法100%聚焦到傳感器上，ccd傳感器的靈敏度會降低。1998為了改善這個問題，索尼在濾色器和遮光膜之間增加了壹個內透鏡。加上這層鏡片後，可以改善內部光路，讓斜射光也能聚焦在感光器上。同時，矽襯底和電極之間的絕緣層變薄，使得會引起垂直ccd圖像噪聲的信號不會進入，拖影特性得到改善。
5、exview有ccd
波長比可見光長的紅外光也可以在半導體矽芯片中進行光電轉換。但到目前為止，ccd還不能有效地將這些光電轉換後的電荷收集到傳感器中。因此，索尼在1998中新開發的“exview had ccd”技術可以有效地將之前未被有效利用的近紅外光轉化為圖像數據加以利用。從而將可見光範圍擴大到紅外線，亮度可以大大提高。當使用“exview had ccd”模塊時，可以在黑暗的環境中獲得高亮度的照片。而且在矽片深層進行光電轉換的過程中，泄漏到垂直ccd部分的拖尾成分也可以收集到傳感器中，所以影響圖像質量的噪聲會大大降低。
最低照度
照度是反映光照強度的單位，其物理意義是單位面積的光通量。照度的單位是每平方米的流明數，也叫lux:1 lux = 1 lm/平方米。上式中，Lm是光通量的單位，定義為純鉑的熔化溫度(約178)
為了對光照量有壹個感性的認識，我們舉個例子來計算壹下。壹盞100W的白熾燈，發出的總光通量約為1200Lm。如果假設光通量均勻分布在壹個半球上，那麽距離光源1m和5m處的照度值可得如下:半徑為1m的半球面積為2π×12 = 6.28 m2；距離光源1m處的照度值為1200 lm/6.28 m2 = 1965438。半徑為5m的半球面積為2π× 52 = 157m2，距離光源5m處的照度值為1200 lm/157 m2 = 7.64 lux。
可以看出，來自點光源的照度服從平方反比定律。1LUX大約等於1燭光在1m距離的照度。我們在相機參數規範中經常看到的最低照度是指相機只有在標註的勒克斯值下才能得到清晰的圖像，這個值越小越好，說明CCD的靈敏度越高。在同等條件下，黑白相機所需的照度比仍然要處理色彩密度的彩色相機低10倍。黑白相機的感光度在0.02-0.5lux(勒克斯)左右，彩色相機大多在1lux以上。照度值不僅與鏡頭的光圈大小(F值)有關，還與測試時的周圍環境有關。從光圈大小(F值)來說，光圈越大，代表的F值越小，需要的照度越低。0.97lux/F0.75相當於2.5lux/F1.2相當於3.4lux/F1.0。
參考環境和照明:
參考環境的近似照度
在夏日的陽光下？100000lux
室內熒光燈？100lux
多雲室外10000lux
10lux室內黃昏
電視演播室1000lux
20厘米燭光10-15lux
60w臺燈300lux，60cm桌面
夜晚的路燈？0.1lux
相機可以分為
普通型:正常工作所需照度為1~3lux。
月光型:正常工作所需照度約為0.1lux。
星光型:正常工作所需照度在0.01lux以下。
紅外型:用紅外燈照明，無光也能成像。
寬動態攝像機的最低照度是指當被攝場景亮度低到壹定程度時，攝像機輸出的視頻信號幅度下降到標準幅度700mV的50%-33%(標稱視頻值為1V，標準值為700mv)；另壹個最低照度是CCD上的照度，也就是CCD的靈敏度。CCD的照度值遠低於相機的最低照度值，所以很多不法商家將CCD的最低照度值標註為相機的最低照度值來欺騙不知情的人，這壹點尤其體現在國內的壹些OEM產品和壹些低端相機產品上。
市場上弱光相機的演變可以簡單分為以下三步:彩色/單色)；白天；低速快門(SLOW/SHUTTER)和超靈敏相機(EXVIEW HAD)。
1.白天彩色/晚上黑白(白天和晚上相機彩色/單色)
目前這種相機在市場上還是有其特定的需求群體的。彩色/單色相機利用了黑白圖像對紅外線的高靈敏度。在壹定的光源條件下，它通過線切換的方式將圖像從彩色變為黑白，從而匹配紅外線。在彩色/黑白線轉換的技術演進中，前期使用了兩個傳感器(1彩色和1黑白)* *配合壹套電路再次切換。目前這種相機已經采用了單CCD(彩色)設計，在白天或者光源充足的時候是彩色相機。當夜幕降臨或光源不足時(壹般在1Lux ~ 3Lux)，用數字電路消除彩色信號，變成黑白圖像。為了配合紅外線，彩色相機不可或缺的紅外濾鏡也被去掉了。這種方式雖然可以在夜間達到“低照度”的目的，但是在白天有圖像模糊、色彩不自然的缺點，而且相機的拍攝距離會受到紅外燈照射距離的限制。但彩色/單色相機是否屬於“低照度”相機，目前仍有較大爭議。專家指出，真正的“低照度相機”應該是指相機本身(所采用的元器件和技術)所能實現的功能，而白天的彩色/黑白相機由於CCD靈敏度的原因無法自行改變，也不能算是低照度相機。
2.慢速/快門
這種相機又叫(圖片)累積相機，利用計算機存儲技術，將幾張因光線不足而模糊的圖片連續累積成清晰的圖片，利用慢快門技術將相機照度降低到0.008LUX/F1.2(×128)，可累積的幀數為(128)。這種低照度相機適用於禁止破壞紅色和紫外線的博物館、夜間生物活動觀察、夜間軍事海岸線監控等。，以及靜態場所的監控。這類低光相機，大部分是進口品牌，價格昂貴，累積幀數也不多(32幀)。
3.超靈敏相機(EXVIEW/HAD)
EXVIEW/HAD，又稱24小時相機，是1998年全球最受歡迎的機型。其彩色照度可達0.05LUX，黑白可達0.003-0.001LUX(也可配合紅外線達到0LUX)，不僅能清晰識別圖像，而且是實時連續圖像。這類相機主要采用索尼元件廠1997年推出的EXVIEW/HAD/CCD(超感CCD)。它采用專利技術提高CCD每個像素的開口率，進而滿足更低照度的要求。這項技術的出現受到了監控市場的歡迎，在所有的光照環境下都能表現出最佳的效果。特別是在760mm-1100mm的近紅外區域，通過特殊的紅外照明設備，可以獲得高清晰的黑白圖像，並且可以實現0°照明的監控(完全無光)，如果使用合適波長的紅外照明，可以獲得清晰的黑白圖像。
三星TECHWIN公司(前身為三星航空，在中國被稱為三星光電子)憑借30年的行業生產經驗，始終站在技術創新的前沿，為客戶提供高品質的安防產品。其產品系列有SHC-740、SHC-740、SHC-721、SDZ-330、SPD-3300等。全部采用128倍幀累加技術，清晰度大於520TVL，信噪比大於50db，具有晝夜轉換功能。特別是SHC-740(圖1)采用了EX-VIEW HAD CCD和三星SVⅲDSP芯片。在低照度技術上，高清有了新的突破(高達540TVL)，讓相機即使在幾乎全黑的條件下也能獲得高質量的畫面，其最小照度色彩模式為0.01lux @ F65438。Sens-up模式為0.0003 LUX@F1.2，廣泛應用於國防邊防、軍隊、高速公路。
寬動態
在壹些明暗反差過大的情況下，壹般相機受限於CCD的感光特性，拍攝的圖像往往會出現背景過亮或前景過暗的情況。針對這種情況，寬動態技術應運而生，很好地解決了這壹問題。在此之前，傳統相機普遍采用背光補償功能，以適應光線對比度大的情況。
當常規攝像機視野內的物體有高亮度背景光時，需要看門口或窗外的物體。通常采用中央背光補償(BLC)模式，主要依靠提高視場中心部分的亮度，降低視場周圍部分的亮度來看清位於中心位置的物體。
逆光補償又稱逆光補償，就是把畫面分成幾個不同的區域，每個區域單獨曝光。在某些應用中，視場可能包含非常亮的區域，被包含的被攝對象被亮場包圍，畫面是暗的，沒有層次。此時由於AGC檢測到的信號電平不低，放大器的增益很低，無法提高畫面主體的亮度。引入背光補償時，相機只檢測整個視場的壹個子區域，通過尋找這個區域的平均信號電平來確定AGC電路的工作點。由於子區域的平均電平很低，AGC放大器會有較高的增益，使輸出信號的幅度增大，從而使監視器上的主畫面清晰，大大減小了背景畫面與主畫面的主觀亮度差，提高了整個視場的可視度。雖然背光補償提高了拍攝對象的亮度，但畫質或多或少會變差。
寬動態技術是同時曝光兩次，壹次快壹次慢，然後合成，使屏幕上同時看到亮的和暗的物體成為可能。雖然兩者都是為了克服強背光環境，看清目標而采取的措施，但是背光補償是以犧牲畫面的對比度為代價的，所以從某種意義上來說，寬動態技術是背光補償的升級。
三星TECHWIN(三星光電子)由於企業背景，在國家軍工領域經驗豐富，產品更側重於工業用品、耐用和穩定。並在光學和半導體技術方面積累了多年的經驗。在安防監控攝像機、嵌入式硬盤錄像機等采用專業半導體芯片的產品中有著不俗的表現。SVⅲ自主研發的第三代超級影像技術SVⅲ(圖5)配備了雙速掃描CCD，可以拍攝出動態效果較寬的影像。並使用兩個12位數字輸入端，使SV ⅲ具有80db以上的寬動態範圍。大量數字信息通過23位數據總線傳輸到DSP後，DSP進行內部處理，保證沒有數據丟失。然後用非線性自適應WDR壓縮算法將寬動態範圍壓縮成10比特。
采用自適應反馬賽克色彩還原算法，色彩達到黑白540線和570線。
強大的靈敏度增強技術提供動態3D過濾圖像，優化信噪比。並且在低照度的情況下增強了可視性，保持了充分的實時效果。
采用先進的局部區域對比度增強技術，即使在光照條件較差的情況下也能獲得理想的對比度。
獨特的色彩控制算法，可以擴大白平衡的應用範圍，即可以在很寬的色溫範圍內準確真實地再現色彩。這也意味著它可以在非常低的光照條件下很好地支持色彩模式和白平衡的使用。
典型應用
目前道路監控使用的低照度寬動態攝像頭的重點是高速公路收費監控系統，主要觀察和記錄收費車道、收費廣場、收費站的收費情況，通過收費車道的車輛種類，收費員的操作過程，以及收費過程中的突發事件和特殊事件，從而實施有效監管。。尤其是晚上，收費站工作人員需要看清車牌。壹般來說，開燈後，路面的環境照度和車牌的照度形成壹定的動態範圍，傳統攝像頭很難“看得清”，所以就有了低照度寬動態攝像頭的需求。
其次，電子警察系統，通過閉路電視監控和紅燈自動記錄，提高指揮中心對交通事故和事故的直覺、實時動員能力和反應能力，增強查處違章的客觀性，綜合協調控制管制區域，提高車輛通行能力。因為要看清車牌，24小時監控，所以對低照度寬動態攝像頭有需求。
此外，在城市商業街也有壹些應用，用於掌握壹些繁忙路口的交通情況，路段周圍車輛的運行情況，行人的流量，交通安全情況。
結束語
隨著交通安全意識的日益增強，道路基礎設施必須配合道路監控系統的建設，這無疑預示著交通監控行業蘊藏著巨大的商機。而低照度寬動態的相機必然有廣闊的空間。技術，數字世界的贏家，三星TECHWIN願以優質的產品和壹流的服務，為中國智能交通行業貢獻自己的力量。
壹些寬動態的技術知識
寬動態範圍是圖像能夠分辨的最亮亮度信號值與能夠分辨的最暗亮度信號值的比值。
寬動態的表達用“倍數”或“dB”表示。當以100IRE為標準時，換算公式為:N dB=20log(V2/V1)。普通相機(叫V1)的寬動態值是10dB，比如48 dB，它和普通相機的差是38 dB，V2/V1=80，說明它和普通相機的寬動態差是80倍，松下第三代寬動態相機是54 dB，V2/V1=。池上ISD-A10相機典型動態範圍為95 dB，V2/V1=17782倍，最大寬動態範圍為120dB，V2/V1=316227倍。從“多”的角度來看，使用Pixim DPS技術的相機的寬動態範圍比CCD的大幅度提高。