Заместитель директора по развитию Андреев Кузьма.
 

Типовые решения увеличения динамического диапазона съёмки. Часть 2

Статья является частью публикации «Камеры режимом широкого динамического диапазона»

Довольно интересный способ расширения диапазона применяется компанией Panasonic, метод называется Super Dinamic III. В его основе лежит двойное экспонирование сцены за 1/60 с (1/50С-PAL) и 1/8000 с, после чего производится анализ гистограмм, разделение изображения на 4 варианта, у каждого из них различается гамма-коррекция, в конце следует интеллектуально просуммировать их в DSP. Система, работающая по такому принципу, позволяет расширить диапазон до 128 раз или увеличить на 42 дБ.

Расширение динамического диапазона

Далее, хотелось бы уделить внимание технологии расширения динамического диапазона, по праву считающейся одной из наиболее перспективных, речь пойдет о Digital Pixel System (DPS). Разработали ее сотрудники универститета Стэнфорда, а запатентовала компания PIXIM inc. Аналогово-цифровые преобразователи переводят величину фотозаряда в цифровое значение, причем, происходит это в каждом пикселе сенсора. Использование АЦП подобным образом является основным нововведением представленным сотрудниками университета. В СMOS-матрицах сигнал хуже не становится, этому препятствует сенсор, и, как следствие, растет соотношение шум/сигнал. С помощью описанной выше технологии качественное видеонаблюдение можно вести «вживую».

Технология, патент на которую принадлежит PIXIM, применяет метод многократной выборки или мультисемплинга, это позволяет получить картинку отличного качества, плюс обеспечение широкого динамического диапазона преобразователя. В технологии DSP мультисемплинг состоит из 5-ти уровней, за счет чего сигнал от сенсора можно получать с 1-м из 5-ти значений экспозиции. Пока идет процесс экспонирования в каждом пикселе кадра измеряется освещенность (50 раз за секунду для стандартного сигнала видео). Система, с помощью которой происходит обработка картинки, рассчитывает оптимальное время «накопления», благодаря чему пиксель не перенасыщается, а накопление заряда останавливается.

Таким образом, величина светлого пикселя сохраняется при одном значении времени экспонирования (незадолго до полного насыщения пикселя), темный пиксель, который медленнее накапливает заряд, сохраняется при другой величине времени экспонирования. В каждом из пикселей измеряются уровень шума, интенсивность и время, затем происходит обработка полученных данных, с последующим преобразованием их в изображение высокого качества. По сути, каждый пиксель представляет собой отдельное видеоустройство, посудите сами: у них есть собственный АЦП, а обработка и измерение параметров освещенности происходит независимо.

Основные компоненты необходимые для функционирования PIXIM – это цифровой сенсор изображения и процессор, производящий его обработку. Значение квантования современных цифровых сенсоров составляет 14 бит, в некоторых случаях оно может достигать и 17-ти. Для DSP, равно как и для CMOS, характерна невысокая чувствительность.

• видеоустройства, работающие на основе описываемой технологии, имеют чувствительность 1 Лк;
• отношение сигнал/шум – 48-50 дБ (для формата 1/3”);
• наибольший динамический диапазон 120 дБ. Типовая величина составляет 90-95 дБ;

Метод выравнивания локальных гистограмм очередной уникальный способ, позволяющий обрабатывать сигнал. Возможность его применения обусловлена регулированием времени накопления для каждого пикселя матрицы сенсора. Благодаря этому методу информативность изображения резко возрастает.

Данная технология также позволяет:

• полностью компенсировать фоновую засветку;
• детали можно выделить;
• произвести оценку положения деталей и объектов в пространстве, располагающихся как на заднем, так и на переднем плане;
   

Практика

Высококонтрастное освещение теперь большой проблемой не является, при необходимости можно выбрать видеоустройство, которое перекроет диапазон яркости объектов. Лучше всего для решения подобных задач подходят телекамеры с технологией PIXIM. Неплохие результаты покажут камеры, работающие по принципу двойного сканирования. Сочетание аналоговой матрицы и электронной системы EWD или BLC (многозонная) можно рассмотреть в качестве компромисса. Значения характеристик следует обговорить, простое упоминание того или иного режима (без цифровых обоснований) чревато обманутыми ожиданиями. Работа моделей на практике не всегда соответствует заявлениям рекламодателя, об этом не нужно забывать.

Заместитель директора по развитию Андреев Кузьма.