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  • 56计算机技术与应用进展·2010高清数字宽动态技术

    56 计算机技术与应用进展 2010 高清数码相机宽动态技术的实现 广泛应用于智能交通系统、工业检测等领域,但动态范围小成为影响其效果的关键因素。结合高清摄像机的特点,本文提出了几种提高高清摄像机动态范围的方法,使其能够广泛应用于更复杂的环境中。关键词:高清宽动态CMOS CCD DSP FPGA1 引言随着近两年CCD和CMOS制造技术的飞速发展以及DSP和FPGA的性能日益强大,国内外引进的各种高清数码相机的应用逐渐被工业检测所取代。领域转向安全、ITS等领域。其高图像分辨率和清晰度颠覆了传统监控系统的应用。它已广泛应用于场景条件相对固定的工业检测场合,但在光照对比强烈的场合效果很差[1]。目前传统标清相机常用的WDR方案有三种:SONY(索尼)Dynaview SS-II方案、PIXIM CMOS DPS方案和松下(Panasonic)SD-III方案。SONY的CCD和DSP解决方案必须使用两个DSP才能实现宽动态功能,同时还增加了OSD菜单功能。ITS 等领域。其高图像分辨率和清晰度颠覆了传统监控系统的应用。它已广泛应用于场景条件相对固定的工业检测场合,但在光照对比强烈的场合效果很差[1]。目前传统标清相机常用的WDR方案有三种:SONY(索尼)Dynaview SS-II方案、PIXIM CMOS DPS方案和松下(Panasonic)SD-III方案。SONY的CCD和DSP解决方案必须使用两个DSP才能实现宽动态功能,同时还增加了OSD菜单功能。ITS 等领域。其高图像分辨率和清晰度颠覆了传统监控系统的应用。它已广泛应用于场景条件相对固定的工业检测场合,但在光照对比强烈的场合效果很差[1]。目前传统标清相机常用的WDR方案有三种:SONY(索尼)Dynaview SS-II方案、PIXIM CMOS DPS方案和松下(Panasonic)SD-III方案。SONY的CCD和DSP解决方案必须使用两个DSP才能实现宽动态功能,同时还增加了OSD菜单功能。但在光照对比强烈的场合效果很差[1]。目前传统标清相机常用的WDR方案有三种:SONY(索尼)Dynaview SS-II方案、PIXIM CMOS DPS方案和松下(Panasonic)SD-III方案。SONY的CCD和DSP解决方案必须使用两个DSP才能实现宽动态功能,同时还增加了OSD菜单功能。但在光照对比强烈的场合效果很差[1]。目前传统标清相机常用的WDR方案有三种:SONY(索尼)Dynaview SS-II方案、PIXIM CMOS DPS方案和松下(Panasonic)SD-III方案。SONY的CCD和DSP解决方案必须使用两个DSP才能实现宽动态功能,同时还增加了OSD菜单功能。

    由于CCD各点的总曝光时间是固定的,所以必须配备自动光圈镜头。PIXIM计划是开发一种新型的图像拾取系统——DSP。它使用 CMOS 进行光感测,其 DSP 包含一个 ARM9 处理器,通过改变 CMOS 上每个点的 AGC 来实现宽动态效果。松下的解决方案是使用CCD,但每个点一次曝光两次,一次长曝光,一次短曝光。双输出CCD将一个长曝光和一个短曝光值传输给DSP进行计算,所谓的“宽动态相机”就问世了。综上所述,标清相机的宽动态解决方案具有以下特点:(< @1)WDR技术主要被国外一些主要相机厂商掌握。(2) 这些主要的相机厂商提供了全套的套件和技术方案,自主创新程度相对较低。(3)CCD(CMOS)芯片的复杂度至少是一般芯片的2倍以上,DSP处理能力需要足够强。对于高清摄像头来说,像素要大一些,而且DSP处理能力需要超强。(4)宽动态图像必须有专用的DSP,图像都是“制作”的。所以我们会从挖矿中最大限度地发挥高清摄像机的性能。硬件和图像处理优化算法的改进.动态范围.2“核心” 高清摄像机动态范围的大小高清摄像机宽动态范围的大小一般由高清摄像机的硬件指标决定。硬件条件越高,宽动态范围越强[5]。见图1。

    数值越大,图像的色彩越能反映被摄物体的自然色彩。对于一个8位A/D来说,它可以记录的最小信号是1,最大信号是255,所以它的动态范围是20*log(255 /<@1)=48db,显然很小。为了预留更大的余量,各家厂商基本都使用12bit到16bit的A/D转换器。(3)使用高帧率的图像传感器,使用Faster DSP和FPGA,拥有超高速的数传通道。如果以上条件均具备,将为我们实现高清摄像头宽动态打下坚实的硬件基础。两种宽动态技术的实现将在此硬件平台下进行说明。 图1 高清摄像头硬件架构系统框图图 3。

    下面介绍三种提高高清摄像机动态范围的方法: 3.1 高位A/D曲线变换 WDR摄像机图像最终以8位色深数的形式表示和存储。因此,能表达的亮度信息也就这么多。对于精度大于8位A/D转换器的高清摄像机,业界通常的做法是直接取高8位输出。这样做的好处是输出数据减少,处理速度快[6]。这样,图像亮部的细节不丢失数字宽动态是什么意思,低级暗部的细节全部丢失。如何在不丢失阴影细节的情况下保留高光的细节?我们通常使用指数(公式 1)

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    解决方案是一次连续两次曝光图像传感器上的每个像素:长时间曝光(低快门)和短曝光(高快门)。因此,每个点都有两个数据输出。长曝光和短曝光的信号通过DSP等算术处理器重新组合,使亮部和暗部都能看清楚,可以提高整个相机的动态范围。十次。图 3 显示了合成宽动态范围图像的过程,在亮区和暗区都没有丢失细节。这种方法类似于标清“双倍速CCD”原理,但它没有标清专用CCD,而是合成两张连续曝光的图像,对于运动物体来说融合效果可能会差一点,所以更高的相机帧率,这个缺点可以忽略。合成图像的质量取决于自动图像稳定和场景变化检测技术以及局部区域增强和对比度技术的质量。图3 双曝光宽动态图像合成3.3 宽动态数字校正方法如果高清相机本身不能提供高位A/D转换器精度和高帧率图像传感器,或者系统资源有限并且不能支持大数据传输和处理,或者只能接收常规图像进行后期处理,如何提高图像的动态范围?只有一个答案:使用图像处理算法来校正图像动态范围[2,4]。

    1 Y ‘=+ + -R ‘ ( (RY ) RY )2 Y1 Y ‘(3 )=+ + -G ‘ ( (GY ) GY )2 Y1 Y ‘B ‘ ( (B =+Y ) +B – Y )2 Y 高清数码相机宽动态技术的实现 59 图4 为暗区窄动态范围的高清图像和频谱图。范围广泛的高清图像和频谱图。可以看出,经过图像处理后,暗区的动态范围变宽了,图像的阴影变亮了,图像亮部的动态范围没有明显变化,使整个画面清晰可见,图像的动态范围变大。. 同样,亮区出现过饱和(溢出)的图像采用宽动态数字校正图像处理算法,扩大亮区的动态范围,使亮部更清晰可见,如图 6 所示。 图 4 原始暗区窄动态范围的原始图像和光谱 图 5 动态范围校正动态技术后的高清图像和光谱。它可以将原始高清图像的动态范围提高数十倍数字宽动态是什么意思,从而解决工程实践中的画质问题。与传统的标清相机相比,它已经发展到第四代和第五代计算机技术和应用的进步。2010代宽动态技术,相信有一天我们的高清摄像头厂商也会提供全套的高清宽动态解决方案和技术,让高清摄像头能够广泛应用于不同的领域。

    参考文献 [1]郭松.宽动态相机技术的开发与应用[D]. 北京远东联合国际科技有限公司 [2] A. Capra 等。基于局部对比度校正和直方图图像的动态范围优化[J].IEEE.International Conference on Consumer Electronics,美国拉斯维加斯,2006:309-310. [3] S. Sakaue、A. Tamura、M. Nakayama 和 S. Maruno。摄像机动态范围扩展的自适应伽马处理[J]. IEEE Trans。On Consumer Electronics, 1995(4<@1): 555-562. [4] Apical Dynamic Range Correction[J]. Apical co,LTD. [5] Wide Dynamic Camera Technology [OL]. /group_thread /view/id-10794. [6] 宽动态技术[OL]. /r_dc/cn/technology/dc_07.html. 动态范围技术在高清数码相机上的应用唐来清1, 2陆昌华11 合肥工业大学计算机与信息学院, 合肥, 2300092 安徽科力信息产业有限公司, 安徽合肥, 230088其他领域,狭窄的动态范围成为降低质量的关键因素。针对摄像机的特点,我们改进了几种方法来拓宽动态范围,使其可以广泛应用于更复杂的环境。关键词:高清;宽动态;CMOS;CCD;数字信号处理器;FPGA我们改进了几种方法来拓宽动态范围,使其可以广泛应用于更复杂的环境。关键词:高清;宽动态;CMOS;CCD;数字信号处理器;FPGA我们改进了几种方法来拓宽动态范围,使其可以广泛应用于更复杂的环境。关键词:高清;宽动态;CMOS;CCD;数字信号处理器;FPGA

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