基于DPS宽动态技术的探索与实际应用

　在摄像机发展的岁月里，从最初的真空管摄像机发展到现在的CCD、CMOS、DPS摄像机，随着摄像机应用的不断发展，出现了各种专用的摄像技术，宽动态技术便是其中之一。对于一些明暗反差强烈的特殊环境，普通摄像机针对图像的最“暗”与最“亮”部分的平衡调整能力非常有限，这时宽动态技术便能发挥其突出的作用。

　　DPS宽动态技术

　　在逆光情况下，一般都采用超宽动态摄像机，超宽动态摄像机的动态范围表示摄像机对图像的最“暗”和最“亮”的调整范围，动态范围越大图像所表现的图层就越丰富、清晰，当然图像的色彩空间就更广，也就是超宽动态摄像机适应逆光环境的能力也更大。

　　传统CCD摄像机在采集一幅图像的过程中只对整个图像采样一次，因此必然会出现对整个图像中明亮的区域曝光过度、或较暗的区域欠曝光的现象。

　　尽管宽动态CCD摄像机与传统CCD摄像机相比，在技术上有了一次次突破，现在已发展到第三代CCD宽动态摄像机，宽动态范围也达到了160倍，或说54dB。但有资料揭示，CCD宽动态摄像机的动态范围最多也只能达到60dB。现在已经推出的基于CMOS的DPS技术宽动态摄像机，其宽动态范围一般能达到95dB，最高能达到120dB。

　　DPS技术的主要特点是对每个像素进行多次单独无损失采样，使动态范围增大，说白了宽动态摄像就是采用多次曝光技术平衡调整明暗图像画面，还原逼真现场的真实效果。

　　DPS(Digital Pixel System)即数字图像传感处理系统，它的核心技术是在每一个拾取的像素上都包含一个ADC(analong—to—digited数模转换器)，当ADC捕捉到光信号时便直接将其转换为数字信号并放大，这就最大限度地节省了无效的传输操作，降低了噪声，保证所获取图像的高质量，使得输出后的图像无任何拖尾和开花现象。DPS系统在整个图像的获取、传输和处理中，不论前端的拾取还是后端的处理完全以数字化的形式进行，是真正纯数字化的图像传感系统。

　　美国Pixim公司在斯坦福大学20世纪90年代技术发展的基础上研发了一种新型的DPS图像拾取系统，此系统可以通过其超强的宽动态功能来获得高质量图片。源于斯坦福大学的Pixim的DPS成像技术，申请了56项专利，其中42项已经生效。Pixim的DPS技术是目前唯一的直接以数字值表示光信号的图像抓取系统。CCD和CMOS传感器以模拟值表示光信号，然后再将模拟值转换成数字值，DPS则不存在模拟读出噪声。

　　在DPS技术中每个像素都有一个ADC，每个像素的信息都是独立捕捉和处理的，同时使用了一个32bit的CPU处理芯片ARM7(或者ARM9)控制每个像素的曝光时间，使得模—数转换更精确。传感器可在曝光周期内对每个像素的光线进行多次和高速采样，并控制每个像素的曝光时间，在其达到最佳状态时存储像素信息，因此每个像素都经过了多次(0.8ms内)无破坏性的单独采样。在像素被采集后，系统再对其进行处理，最终形成高质量的图像。DPS系统形成的图像在水平和垂直分辨率上保持一致，任何角度都可以保证图像的高分辨率。

　　Pixim的专利DPS技术标志着在摄像技术上的一个根本突破，以CCD为主流技术的摄像机必将受到DPS技术的巨大冲击。

　　DPS技术在还原性的概念上，成像良好，图像质量高，采用DPS技术可使每个像素的曝光时间不同，从而使同一画面不同部分的曝光时间不尽相同。因此，整幅图像的任意点，都可达到最佳图像显示的状态，能得到清晰的图像细节，更加接近真实场景的色彩还原。

　　Pixim公司称，DPS技术中“每个像素都是一部摄像机(Every pixel is a camera)”，在一幅图像中，曝光像素有数十万个，即使在最苛刻的光照条件下，也可捕捉到清晰、逼真的图像，再也不会因为阴影、眩光、反射和太阳光而使图像发暗或被破坏。因此，在DPS技术中，每个像素对应的光线都可以被优化曝光，最终形成高质量的图像。

　　DPS摄像机采用的是与“人眼——大脑”系统相同的工作模式，使图像传感器和图像处理器具有双向实时互动性。DPS摄像机图像的摄取和处理过程，类似于人眼和大脑的关系，在对图像进行处理和运算的同时，不断向图像传感器下达指令，不仅调整曝光时间，而且改变实际的图像捕捉算法，实现了智能化图像处理功能。

　　所以，在特定的图像特征和光照下，DPS摄像机最终能提供更详尽、完整和真实的图像细节，从而获得最佳的图像效果。