寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是在非常強(qiáng)烈的對(duì)比下讓攝像機(jī)看到影像的特色而運(yùn)用的一種技術(shù)。
　　當(dāng)在強(qiáng)光源（日光、燈具或反光等）照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對(duì)亮度較低的區(qū)域在圖像中同時(shí)存在時(shí)，攝像機(jī)輸出的圖像會(huì)出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過(guò)度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。攝像機(jī)在同一場(chǎng)景中對(duì)zui亮區(qū)域及較暗區(qū)域的表現(xiàn)是存在局限的，這種局限就是通常所講的“動(dòng)態(tài)范圍”。
　廣義上的“動(dòng)態(tài)范圍”是指某一變化的事物可能改變的跨度，即其變化值的zui低端極點(diǎn)到zui極點(diǎn)之間的區(qū)域，此區(qū)域的描述一般為zui高點(diǎn)與zui低點(diǎn)之間的差值。這是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的概念，在談及攝像機(jī)產(chǎn)品的拍攝圖像指標(biāo)時(shí)，一般的“動(dòng)態(tài)范圍”是指攝像機(jī)對(duì)拍攝場(chǎng)景中景物光照反射的適應(yīng)能力，具體指亮度（反差）及色溫（反差）的變化范圍。
　　寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)比傳統(tǒng)只具有3:1動(dòng)態(tài)范圍的攝像機(jī)超出了幾十倍。自然光線排列成從120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。當(dāng)攝像機(jī)從室內(nèi)看窗戶(hù)外面，室內(nèi)照度為100Lux，而外面風(fēng)景的照度可能是10,000Lux,對(duì)比就是10,000/100=100:1。這個(gè)對(duì)比使人眼能很容易地看到，因?yàn)槿搜勰芴幚?000:1的對(duì)比度。然而以傳統(tǒng)的閉路監(jiān)控?cái)z像機(jī)處理它會(huì)有很大的問(wèn)題，傳統(tǒng)攝像機(jī)只有3:1的對(duì)比性能，它只能選擇使用1/60秒的電子快門(mén)來(lái)取得室內(nèi)目標(biāo)的正確曝光，但是室外的影像會(huì)被清除掉（全白）；或者換種方法，攝像機(jī)選擇1/6000秒取得室外影像的曝光，但是室內(nèi)的影像會(huì)被清除（全黑）。這是一個(gè)自從攝像機(jī)被發(fā)明以來(lái)就一直長(zhǎng)期存在的缺陷。
　　現(xiàn)代化的交通需要現(xiàn)代化的交通管理，為解決城市主要路段和路口的交通擁擠和阻塞狀況，減少事故、違章現(xiàn)象，建立現(xiàn)代化的智能交通指揮控制系統(tǒng)是非常必要的。同時(shí)，對(duì)于提高城市形象，促進(jìn)城市的文明和發(fā)展也有著非常重要的意義。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是：利用道路監(jiān)控實(shí)施交通流量和交通運(yùn)行監(jiān)視，對(duì)關(guān)鍵路段實(shí)施交通實(shí)時(shí)控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常并采取應(yīng)急措施，保證道路高速、安全、有效地運(yùn)行，提高現(xiàn)代生活的交通水平。根據(jù)現(xiàn)在交通監(jiān)控的實(shí)際需要，一般都會(huì)在交通路口、車(chē)站、商業(yè)區(qū)、高速公路收費(fèi)口等重點(diǎn)部位安裝可控?cái)z像機(jī)或固定攝像機(jī).本文在分析了道路監(jiān)控的特殊需求后，主要針對(duì)道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)的選型設(shè)計(jì)提出了一些建議。
 　選購(gòu)道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)的關(guān)注點(diǎn)
　在視頻控制系統(tǒng)中，無(wú)論從系統(tǒng)前端圖象的攝取抑或到后端圖象信號(hào)的記錄與顯示與控制，系統(tǒng)設(shè)備性能的好壞是鑒定系統(tǒng)運(yùn)作成功與否的關(guān)鍵因素。毫無(wú)疑問(wèn)，設(shè)備選型的好壞直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、圖象質(zhì)量、系統(tǒng)使用壽命等有關(guān)建設(shè)方投資利益問(wèn)題。因而系統(tǒng)設(shè)備選型是貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。
 　道路監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)需求分析.
　對(duì)圖像的清晰度和實(shí)時(shí)性有很高的要求,要求能看清車(chē)牌，若車(chē)牌號(hào)碼不能被清晰地確認(rèn)出來(lái)，則監(jiān)控抓拍就毫無(wú)意義了。 由于道路監(jiān)控需要24小時(shí)工作，需要在極暗的條件下也可以得到的畫(huà)面。 室外道路的光線的動(dòng)態(tài)范圍變化較大，夏日陽(yáng)光下環(huán)境照度達(dá)50000Lx－100000Lx；夜間路燈時(shí)僅為0.1Lux，變化幅度相當(dāng)大。在這種情況下攝像機(jī)無(wú)論是否具有自動(dòng)調(diào)整靈敏度功能即通過(guò)攝像機(jī)本身的電子快門(mén)已不可能適應(yīng)這么寬的照度范圍，也就無(wú)法達(dá)到控制圖像效果的作用。因此必須要求攝像機(jī)具有很寬的動(dòng)態(tài)范圍。 在照度不好的條件下拍攝時(shí)，拍攝的動(dòng)態(tài)圖像不可避免的會(huì)有噪點(diǎn)干擾，所有要求寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)有杰出的動(dòng)態(tài)圖像噪點(diǎn)消除功能，能夠消除圖像陰影和拖尾現(xiàn)象。
 　　道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)選型依據(jù)
　　寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)攝像機(jī)性能中zui核心的IC電路是CCD傳感器芯片，工作原理是由CCD光學(xué)鏡頭將目標(biāo)景象成像在CCD傳感器上，傳感器為高感度CCD，然后以每秒50場(chǎng)25幀（CCIR制式25Frame/s;NTSC制式30 Frame/s）圖像的速度將CCD輸出的信號(hào)經(jīng)CDS相關(guān)采樣保持電路、AGC及A/D轉(zhuǎn)換電路處理后，輸入到存儲(chǔ)器中，再利用高速運(yùn)算芯片和數(shù)據(jù)處理功能將存儲(chǔ)器中已存入的影像以逐行掃描方式逐行讀出，形成全視頻信號(hào)。因此攝像機(jī)輸出信號(hào)的質(zhì)量除了選擇性能上佳的CCD傳感器外，數(shù)據(jù)處理芯片/處理電路也是重要的環(huán)節(jié)。
 　在總結(jié)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)后，道路交通監(jiān)控的設(shè)備集成和工程商都選用下述要求的攝象機(jī)：
 　具備高線數(shù)（500－540電視線）的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)。 低照度（≤0.1lux），zui低照度達(dá)到0.0lux，在黑夜光照度較低的情況下，也能夠獲得清晰的圖像效果。 采用超感度，大尺寸CCD（一般是1/2英寸CCD）。由于1/2"攝像機(jī)標(biāo)靶尺寸比1/3"攝像機(jī)的標(biāo)靶尺寸大，因此成像效果更為優(yōu)良。（成像面積較大；光通量較大，光照度要求低。） 具有超寬動(dòng)態(tài)拍攝功能,能在高反差以及照明突變的情況下，快速、的進(jìn)行響應(yīng)，從而獲取高質(zhì)量的、充分曝光的影像畫(huà)面。 具有超級(jí)降噪技術(shù)，能夠消除動(dòng)態(tài)圖像噪點(diǎn)，圖像陰影和拖尾現(xiàn)象。特別是在解決由車(chē)頭燈造成的路面交通監(jiān)控或停車(chē)場(chǎng)監(jiān)控問(wèn)題時(shí)，低拖尾度尤其重要。 高信噪比, 白平衡自動(dòng)調(diào)整等功能的快速（快門(mén)速度不能慢于1／1000秒）攝像機(jī)。 采用工業(yè)級(jí)器件，具有良好的全天候工作能力，長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 本文擬對(duì)以下幾個(gè)重點(diǎn)參數(shù)作說(shuō)明。
 　1/2 EXVIEW HAD ?CCD
 　　ccd產(chǎn)品問(wèn)世已有30多年，從當(dāng)時(shí)的20萬(wàn)像素發(fā)展到目前的500—800萬(wàn)像素，無(wú)論其市場(chǎng)規(guī)模還是其應(yīng)用面，都得到了巨大的發(fā)展，可以說(shuō)是在平穩(wěn)中逐步提高，特別是近幾年來(lái)，在消費(fèi)領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展速度更快。
 　　目前的ccd組件，每一個(gè)像素的面積和開(kāi)發(fā)初期比較起來(lái)，己縮小到1/10以下。今后在應(yīng)用產(chǎn)品趨向小型化，高像素的要求下，單位面積將會(huì)更加的縮小。在小型化的同時(shí)，利用各種新開(kāi)發(fā)的技術(shù)，使其感光度不會(huì)因?yàn)閱挝幻娣e縮小而受到影響，也同時(shí)要求其性能維持或向上提升。
 　　以下是索尼公司按年代劃分而發(fā)展的ccd傳感器簡(jiǎn)介：
 　1、had感測(cè)器
 　　had（hole-accumulation diode）傳感器是在n型基板，p型，n+2極體的表面上，加上正孔蓄積層，這是sony*的構(gòu)造。由于設(shè)計(jì)了這層正孔蓄積層，可以使感測(cè)器表面常有的暗電流問(wèn)題獲得解決。另外，在n型基板上設(shè)計(jì)電子可通過(guò)的垂直型隧道，使得開(kāi)口率提高，換句換說(shuō)，也提高了感度。在80年代初期，索尼將其使用在可變速電子快門(mén)產(chǎn)品中，在拍攝移動(dòng)快速的物體也可獲得清晰的圖象。
 　2、on-chip micro lens
 　　80年代后期，因?yàn)閏cd中每一像素的縮小，將使得受光面積減少，感度也將變低。為改善這個(gè)問(wèn)題，索尼在每一感光二極管前裝上微小鏡片，使用微小鏡片后，感光面積不再因?yàn)楦袦y(cè)器的開(kāi)口面積而決定，而是以微小鏡片的表面積來(lái)決定。所以在規(guī)格上提高了開(kāi)口率，也使感亮度因此大幅提升。
 　3、super had ccd
 　　進(jìn)入90年代后期以來(lái)，ccd的單位面積也越來(lái)越小，1989年開(kāi)發(fā)的微小鏡片技術(shù)，已經(jīng)無(wú)法再提升感亮度，如果將ccd組件內(nèi)部放大器的放大倍率提升，將會(huì)使雜訊也被提高，畫(huà)質(zhì)會(huì)受到明顯的影響。索尼在ccd技術(shù)的研發(fā)上又更進(jìn)一步，將以前使用微小鏡片的技術(shù)改良，提升光利用率，開(kāi)發(fā)將鏡片的形狀*化技術(shù)，即索尼 super had ccd技術(shù)?；旧鲜且蕴嵘饫眯蕘?lái)提升感亮度的設(shè)計(jì)，這也為目前的ccd基本技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
 　4、new structure ccd
 　　在攝影機(jī)的光學(xué)鏡頭的光圈F值不斷的提升下，進(jìn)入到攝影機(jī)內(nèi)的斜光就越來(lái)越多，使得入射到ccd組件的光無(wú)法的被聚焦到感測(cè)器上，而ccd感測(cè)器的感度將會(huì)降低。1998年索尼公司為改善這個(gè)問(wèn)題，將彩色濾光片和遮光膜之間再加上一層內(nèi)部的鏡片。加上這層鏡片后可以改善內(nèi)部的光路，使斜光也可以被聚焦到感光器。而且同時(shí)將硅基板和電極間的絕緣層薄膜化，讓會(huì)造成垂直ccd畫(huà)面雜訊的訊號(hào)不會(huì)進(jìn)入，使smear特性改善。
 　5、exview had ccd
 　　比可視光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅外線光，也可以在半導(dǎo)體硅芯片內(nèi)做光電變換?？墒侵廉?dāng)前為止，ccd無(wú)法將這些光電變換后的電荷，以有效的方法收集到感測(cè)器內(nèi)。為此，索尼在1998年新開(kāi)發(fā)的“exview had ccd”技術(shù)就可以將以前未能有效利用的近紅外線光，有效轉(zhuǎn)換成為映像資料而用。使得可視光范圍擴(kuò)充到紅外線，讓感亮度能大幅提高。利用“exview had ccd”組件時(shí)，在黑暗的環(huán)境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深層中做的光電變換時(shí)，會(huì)漏出到垂直ccd部分的smear成分，也可被收集到傳感器內(nèi)，所以影響畫(huà)質(zhì)的雜訊也會(huì)大幅降低。
 　zui低照度
 　　照度是反映光照強(qiáng)度的一種單位，其物理意義是照射到單位面積上的光通量，照度的單位是每平方米的流明（Lm）數(shù)，也叫做勒克斯（Lux）： 1Lux=1Lm/平方米,上式中，Lm是光通量的單位，其定義是純鉑在熔化溫度（約1770℃）時(shí)，其1/60平方米的表面面積于1球面度的立體角內(nèi)所輻射的光量。
 　為了對(duì)照度的量有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，下面舉一例進(jìn)行計(jì)算，一只100W的白熾燈，其發(fā)出的總光通量約為1200Lm，若假定該光通量均勻地分布在一半球面上，則距該光源1m和5m處的光照度值可分別按下列步驟求得： 半徑為1m的半球面積為2π×12=6.28平方米 距光源1m處的光照度值為： 1200Lm/6.28平方米=191Lux同理、半徑為5m的半球面積為:2π×52=157平方米 距光源5m處的光照度值為： 1200Lm/157平方米=7.64Lux
 　　可見(jiàn)，從點(diǎn)光源發(fā)出的光照度是遵守平方反比律的。1LUX大約等于1燭光在1米距離的照度，我們?cè)跀z像機(jī)參數(shù)規(guī)格中常見(jiàn)的zui低照度，表示該攝像機(jī)只需在所標(biāo)示的LUX數(shù)值下，即能獲取清晰的影像畫(huà)面，此數(shù)值越小越好，說(shuō)明CCD的靈敏度越高。同樣條件下，黑白攝像機(jī)所需的照度遠(yuǎn)比尚須處理色彩濃度的彩色攝像機(jī)要低10倍。黑白攝像機(jī)的靈敏度大約是0.02-0.5lux（勒克斯），彩色攝像機(jī)多在1lux以上。照度值不僅與鏡頭的光圈大?。‵值）有關(guān)，與測(cè)試時(shí)的周邊環(huán)境也有著較大的關(guān)系，以光圈大?。‵值）而言，光圈愈大則其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。 0.97lux/F0.75相當(dāng)于2.5lux/F1.2相當(dāng)于3.4lux/F1.0
 參考環(huán)境與照度：