Panasonic Super Dynamic II第二代超动态范围技术概述



  日 本 松 下 ( Panasonic) 推 出 「 第 二 代 超 动 态 范 围 技 术 」 , 这 项 技 术 在 摄 像 机 的 性 能 和 图 像 质 量 上 取 得 了 重 大 突 破 , 使 动 态 范 围 比 以 往 的 摄 像 机 高 出 80倍 ( 注 1) 。 即 使 在 极 端 恶 劣 的 光 照 场 合 下 , 拥 有 新 技 术 的 摄 像 机 也 能 获 得 明 亮 的 色 彩 和 / 或 黑 白 图 像 。

所 有 CCTV摄 像 机 的 图 像 质 量 决 定 于 解 析 度 、 灵 敏 度 及 动 态 范 围 三 个 特 性 。 由 于 采 用 了 半 导 体 晶 片 细 微 间 距 处 理 技 术 , 解 析 度 从 510线 增 加 到 768线 , 灵 敏 度 也 因 晶 片 微 镜 头 的 CCD图 元 和 数 码 信 号 处 理 ( DSP) 的 运 用 , 使 照 度 从 80 Lux降 低 至 8 Lux。 在 过 去 的 15年 里 , 大 多 数 的 摄 像 机 都 是 采 用 这 种 微 镜 头 。

至 于 「 动 态 范 围 」 则 到 松 下 开 发 出 第 一 代 超 动 态 范 围 技 术 , 才 稍 有 突 破 , 并 且 被 广 泛 采 用,而 从 CCTV市 场 上 收 集 到 的 反 馈 资 讯 得 知 , 第 一 代 技 术 仍 有 几 处 改 善 的 空 间 , 因 此 松 下 推 出 第 二 代 超 动 态 范 围 技 术 , 此 技 术 将 使 得 摄 像 机 所 摄 得 的 图 像 品 质 更 加 提 升 。

第 二 代 超 动 态 范 围 技 术 重 要 特 性

双 速 CCD
松 下 第 二 代 超 动 态 技 术 利 用 了 双 速 CCD以 及 增 强 讯 号 处 理 , 双 速 的 CCD摄 像 机 能 在 同 一 时 间 内 撷 取 两 个 影 像 。 1/50秒 长 时 间 曝 光 可 得 到 较 暗 的 影 像 , 而 1/2000到 1/4000秒 短 时 间 曝 光 可 得 到 较 明 亮 的 影 像 , 利 用 这 两 个 画 面 中 讯 号 较 佳 的 部 份 加 以 合 成 , 即 可 得 到 清 晰 的 影 像 , 因 而 第 二 代 摄 影 机 的 动 态 范 围 能 从 第 一 代 的 40倍 增 加 到 80倍 。

独 立 自 动 增 益 控 制 ( AGC) 和 曲 电 路 ( Knee Circuitry)


独 立 自 动 增 益 控 制 和 曲 电 路

· 如 图 所 示 , 普 通 摄 像 机 的 信 号 可 能 会 在 100IRE左 右 浮 动 。 这 种 浮 动 对 普 通 CCTV摄 像 机 而 言 是 很 普 通 的 , 第 一 代 超 动 态 摄 像 机 已 经 解 决 了 这 种 浮 动 问 题 , 但 是 摄 像 机 的 信 号 还 是 不 够 符 合 人 眼 的 需 求 。 因 为 第 一 代 摄 像 机 只 有 一 组 AGC电 路 , 虽 提 高 了 影 像 中 暗 区 可 辨 识 性 , 但 对 明 亮 区 域 影 像 增 益 也 会 提 升 , 而 降 低 摄 像 机 整 体 的 S/N比 。 而 第 二 代 超 动 态 摄 像 机 则 是 采 用 两 组 AGC电 路 , 所 以 可 以 独 立 地 将 长 的 及 短 的 讯 号 个 别 处 理 , 使 其 最 佳 化 , 避 免 了 S/N比 降 低 的 问 题 。


改 良 的 阶 段 式 修 正 线 路

· 对 于 长 的 及 短 的 讯 号 所 结 合 或 混 合 的 影 像 , 可 以 逐 级 改 正 , 以 便 配 合 显 示 设 备 的 动 态 范 围 。 其 次 , 增 加 了 可 辨 识 的 灰 阶 层 次 。 第 一 代 超 动 态 摄 像 机 是 强 迫 性 地 固 定 在 来 的 准 位 , 原 因 是 准 位 的 改 变 会 跟 着 改 变 黑 色 参 考 准 位 , 如 此 一 来 会 使 得 影 像 有 漏 失 的 现 象 ; 或 是 黑 色 参 考 的 准 位 调 得 太 高 , 使 得 画 面 看 起 来 太 白 。 第 二 代 超 动 态 技 术 对 黑 色 参 考 准 位 使 用 阶 层 式 校 正 电 路 , 并 允 许 最 低 准 位 增 益 值 可 机 动 调 整 。 如 此 , 利 用 正 确 的 黑 色 参 考 准 位 将 使 得 影 像 更 加 稳 定 , 也 就 是 说 , 影 像 最 黑 的 部 份 会 呈 现 应 有 的 黑 色 。

数 位 杂 讯 抑 制 ( DNR) 电 路

影 像 品 质 比 较 图(图5) (图6) 摄 影 机 照 度 范 围 (图7)

· 此 外 , 第 二 代 超 动 态 技 术 将 感 度 提 升 12dB, 其 中 7dB使 用 了 数 位 杂 讯 抑 制 ( DNR) 电 路 。 同 时 有 大 约 5Db使 用 电 路 增 益 来 校 正 , 因 此 最 低 照 度 可 改 善 至 0.8 Lux。
如 图 5, 我 们 比 较 由 普 通 CCD摄 像 机 、 第 一 代 及 第 二 代 超 动 态 摄 像 机 所 拍 摄 到 的 画 面 , 其 画 面 质 量 的 差 异 显 而 易 见 。

如 前 面 所 述 , 第 二 代 超 动 态 摄 像 机 在 最 低 照 度 下 取 得 了 惊 人 突 破 , 其 关 键 技 术 ?数 码 无 限 脉 冲 回 应 ( IIR) 滤 镜 。
如 图 6所 示 , 「 一 帧 信 号 」 和 「 前 帧 信 号 」 分 别 由 "K"和 "K-1"相 乘 , 并 且 混 合 在 一 起 。 如 果 这 两 种 信 号 只 是 简 单 地 混 合 在 一 起 的 话 , 所 拍 摄 到 的 移 动 物 体 画 面 将 会 很 模 糊 。 为 了 避 免 这 种 情 形 出 现 , 在 每 个 像 素 里 都 会 对 移 动 向 量 进 行 检 测 。 在 被 检 测 的 运 动 向 量 数 量 的 基 础 上 , 混 和 参 数 "K"得 到 了 控 制 。
如 右 手 边 图 的 信 号 波 所 示 的 整 个 过 程 , 混 合 了 的 噪 音 条 纹 将 会 减 少 。
透 过 使 用 更 少 的 噪 音 信 号 , 也 就 是 更 好 的 信 噪 比 , 能 加 大 有 用 信 号 的 振 幅 , 如 此 便 可 得 到 更 多 有 用 的 信 号 。

由 图 7, 我 们 可 以 知 道 第 二 代 超 动 态 技 术 增 加 了 最 低 照 度 的 范 围 。
标 准 摄 像 机 的 照 度 范 围 大 约 3Lux到 100Lux。
可 以 增 强 明 亮 区 域 的 第 一 代 超 动 态 摄 像 机 , 其 照 度 范 围 在 3 Lux到 3000 Lux之 间 。
第 二 代 超 动 态 摄 像 机 总 平 均 照 度 在 约 0.8Lux到 10000Lux