蓄光薄膜专利

宽动态技术(Wide dynamic technology)是一种用于让相机在非常强的对比度下看到图像特征的技术。

当高亮度区域受到强光源(太阳光、灯或反光等)照射时。)和阴影、背光等亮度相对较低的区域共存于图像中，亮的区域会因曝光过度而变白，暗的区域会因曝光不足而变黑，严重影响图像质量。相机对同一场景中最亮区域和较暗区域的性能都有限制，也就是通常所说的“动态范围”。

广义的“动态范围”是指一个变化着的事物可能变化的跨度，即其变化值的最低极点与最高极点之间的区域，一般描述为最高点与最低点之差。这是一个非常广泛使用的概念。在谈到相机产品的拍摄图像指标时，一般的“动态范围”是指相机对场景的光照反射的适应能力，具体来说就是亮度(对比度)和色温(对比度)的范围。

相比传统的3:1动态范围的相机，宽动态相机已经超过了好几倍。自然光安排在星夜120000 lux到0.00035Lux。相机从室内看窗外，室内照度为100Lux，室外照度可能为10000 lux，对比度为10000/100 = 100:1。这个对比度人眼很容易看出来，因为人眼可以处理1000:1的对比度。但是传统的闭路监控摄像头在处理的时候会有很大的问题。传统相机只有3:1的对比度表现，只能选择使用1/60秒的电子快门来获得室内物体的正确曝光，但室外图像会被清零(全白)。或者换一种说法，相机选择1/6000秒来获得室外图像的完美曝光，但室内图像会被清除(全黑)。这是相机发明以来一直存在的缺陷。

现代交通需要现代交通管理。为了解决城市主要路段和路口的交通拥堵和堵塞，减少事故和违章，有必要建立现代化的智能交通指挥控制系统。同时，对改善城市形象，促进城市文明发展也具有重要意义。系统设计的总体目标是:通过道路监控对交通流量和交通运行进行监控，对重点路段的交通进行实时控制，及时发现各种异常并采取应急措施，保证道路的高速、安全、有效运行，提高现代生活的交通水平。根据交通监控的实际需要，通常在交通路口、车站、商业区、高速公路收费站等关键部位安装可控摄像机或固定摄像机。本文在分析了道路监控的特殊需求后，主要对道路监控摄像机的选择和设计提出了一些建议。

选购道路监控摄像机的注意事项

在视频控制系统中，无论是从前端的图像采集还是后端的图像信号记录和显示与控制，系统设备的性能都是评价系统运行成功与否的关键因素。毫无疑问，设备的选择直接影响到系统的稳定性和可靠性、图像质量、系统的使用寿命等问题，关系到建设者的投资利益。因此，系统设备选型是贯穿整个设计过程的重要环节。

道路监控系统摄像机需求分析。

对图像清晰度和实时性要求很高，要求看清车牌。如果不能明确确认车牌号，监控抓拍就没有意义。因为道路监控需要24小时工作，所以需要在极度黑暗的条件下获得高质量的画面。室外路灯动态范围变化较大，夏季日照时环境照度达到50000lx-1000000lx。晚上路灯只有0.1Lux，变化比较大。在这种情况下，无论相机是否具有自动调节感光度的功能，都不可能通过相机本身的电子快门来适应如此宽的光照范围，也无法控制图像效果。因此，必须要求相机具有宽的动态范围。在光照条件不好的情况下拍摄，所拍摄的动态图像不可避免的会有噪声干扰。所有宽动态相机都要求对动态图像具有突出的消噪功能，能够消除图像的阴影和拖尾。

道路监控摄像机的选择依据

宽动态相机性能的核心集成电路是CCD传感器芯片。工作原理是通过CCD光学镜头将目标场景成像在CCD传感器上，传感器为高灵敏度CCD，然后50场25帧/秒(CCIR系统25帧/秒；NTSC标准30 Frame/s)图像，CCD输出的信号经过CDS相关采样保持电路、AGC和A/D转换电路处理后输入存储器，然后利用高速运算芯片和数据处理功能将存储器中存储的图像逐行读出，形成完整的视频信号。因此，相机输出信号的好坏，不仅仅是性能好的CCD传感器的选择，还有数据处理芯片/电路的选择。

道路交通监控的设备集成和工程师在总结了多年的实践经验后，选择了以下摄像机:

高线数工业标准摄像机(500-540电视线)。低照度(≤0.1lux)，最低照度达到0.0lux，即使在夜间低照度的情况下也能获得清晰的图像效果。采用超感光、大尺寸CCD(一般为1/2英寸CCD)。因为1/2”相机的目标尺寸比1/3”相机大，成像效果更好。(成像面积大；光通量大，照度要求低。)具有超宽动态拍摄功能，在高反差和光线突变的情况下，能够快速准确地做出反应，从而获得高质量、曝光充分的影像。采用超级降噪技术，可消除动态图像噪点、图像阴影和拖尾。尤其是在解决大灯引起的道路交通监控或者停车场监控问题时，低拖尾度显得尤为重要。高信噪比，快速白平衡自动调节等功能(快门速度不能慢于1/1000秒)摄像头。采用工业级设备，具有良好的全天候工作能力，长期稳定可靠运行。本文旨在解释以下关键参数。

1/2 EXVIEW HAD？电荷耦合器件

Ccd产品生产了30多年，从当时的20万像素到现在的500-800万像素。无论是市场规模还是应用领域都有了很大的发展，可以说是稳步逐步提升，尤其是近几年在消费领域的应用发展更快。

与最初的开发相比，现在的ccd模块每个像素的面积已经缩小到1/10以下。未来在应用产品小型化、高像素的要求下，单位面积会更小。在小型化的同时，利用各种新开发的技术，使单位面积的减小不会影响灵敏度，同时要求保持或提高其性能。

下面按照年龄划分简单介绍一下索尼研发的ccd传感器:

1，有传感器

Had(hole-accumulation diode)传感器是索尼特有的结构，在N型衬底、P型和n+2极体表面，加上一个正空穴积累层。由于这种正空穴积累层的设计，可以解决传感器表面常见的暗电流问题。另外，在N型衬底上设计了可以让电子通过的垂直隧道，提高了开口率，换句话说，也提高了灵敏度。80年代初，索尼率先将其用于变速电子快门产品中，在拍摄快速移动的物体时也能获得清晰的图像。

2、片上微透镜

80年代后期，因为ccd中每个像素的缩小，受光面积会减小，灵敏度会更低。为了改善这个问题，索尼在每个光电二极管前安装了一个微型镜头。使用微镜头后，感光面积不再由传感器的开口面积决定，而是由微镜头的表面积决定。因此在规格上提高了开口率，亮度也大大提高。

3、超有ccd

从90年代后期开始，ccd的单位面积越来越小，1989开发的微镜头技术已经无法提高亮度。如果增加ccd模块内部放大器的放大倍数，噪声也会得到改善，图像质量会受到明显影响。索尼在ccd技术的研发上走得更远，改进了过去使用微小镜头的技术，提高了光的利用率，开发了优化镜头形状的技术，也就是索尼super had ccd技术。基本上是通过提高光的利用效率来提高亮度，这也为现在的基础ccd技术奠定了基础。

4、新结构ccd

随着相机光学镜头光圈f值的不断提高，越来越多的斜射光进入相机，使得入射到ccd模块上的光无法100%聚焦到传感器上，ccd传感器的灵敏度会降低。1998为了改善这个问题，索尼在滤色器和遮光膜之间增加了一个内透镜。加上这层镜片后，可以改善内部光路，让斜射光也能聚焦在感光器上。同时，硅衬底和电极之间的绝缘层变薄，使得会引起垂直ccd图像噪声的信号不会进入，拖影特性得到改善。

5、exview有ccd

波长比可见光长的红外光也可以在半导体硅芯片中进行光电转换。但到目前为止，ccd还不能有效地将这些光电转换后的电荷收集到传感器中。因此，索尼在1998中新开发的“exview had ccd”技术可以有效地将之前未被有效利用的近红外光转化为图像数据加以利用。从而将可见光范围扩大到红外线，亮度可以大大提高。当使用“exview had ccd”模块时，可以在黑暗的环境中获得高亮度的照片。而且在硅片深层进行光电转换的过程中，泄漏到垂直ccd部分的拖尾成分也可以收集到传感器中，所以影响图像质量的噪声会大大降低。

最低照度

照度是反映光照强度的单位，其物理意义是单位面积的光通量。照度的单位是每平方米的流明数，也叫lux:1 lux = 1 lm/平方米。上式中，Lm是光通量的单位，定义为纯铂的熔化温度(约178)

为了对光照量有一个感性的认识，我们举个例子来计算一下。一盏100W的白炽灯，发出的总光通量约为1200Lm。如果假设光通量均匀分布在一个半球上，那么距离光源1m和5m处的照度值可得如下:半径为1m的半球面积为2π×12 = 6.28 m2；距离光源1m处的照度值为1200 lm/6.28 m2 = 1965438。半径为5m的半球面积为2π× 52 = 157m2，距离光源5m处的照度值为1200 lm/157 m2 = 7.64 lux。

可以看出，来自点光源的照度服从平方反比定律。1LUX大约等于1烛光在1m距离的照度。我们在相机参数规范中经常看到的最低照度是指相机只有在标注的勒克斯值下才能得到清晰的图像，这个值越小越好，说明CCD的灵敏度越高。在同等条件下，黑白相机所需的照度比仍然要处理色彩密度的彩色相机低10倍。黑白相机的感光度在0.02-0.5lux(勒克斯)左右，彩色相机大多在1lux以上。照度值不仅与镜头的光圈大小(F值)有关，还与测试时的周围环境有关。从光圈大小(F值)来说，光圈越大，代表的F值越小，需要的照度越低。0.97lux/F0.75相当于2.5lux/F1.2相当于3.4lux/F1.0。

参考环境和照明:

参考环境的近似照度

在夏日的阳光下？100000lux

室内荧光灯？100lux

多云室外10000lux

10lux室内黄昏

电视演播室1000lux

20厘米烛光10-15lux

60w台灯300lux，60cm桌面

夜晚的路灯？0.1lux

相机可以分为

普通型:正常工作所需照度为1~3lux。

月光型:正常工作所需照度约为0.1lux。

星光型:正常工作所需照度在0.01lux以下。

红外型:用红外灯照明，无光也能成像。

宽动态摄像机的最低照度是指当被摄场景亮度低到一定程度时，摄像机输出的视频信号幅度下降到标准幅度700mV的50%-33%(标称视频值为1V，标准值为700mv)；另一个最低照度是CCD上的照度，也就是CCD的灵敏度。CCD的照度值远低于相机的最低照度值，所以很多不法商家将CCD的最低照度值标注为相机的最低照度值来欺骗不知情的人，这一点尤其体现在国内的一些OEM产品和一些低端相机产品上。

市场上弱光相机的演变可以简单分为以下三步:彩色/单色)；白天；低速快门(SLOW/SHUTTER)和超灵敏相机(EXVIEW HAD)。

1.白天彩色/晚上黑白(白天和晚上相机彩色/单色)

目前这种相机在市场上还是有其特定的需求群体的。彩色/单色相机利用了黑白图像对红外线的高灵敏度。在一定的光源条件下，它通过线切换的方式将图像从彩色变为黑白，从而匹配红外线。在彩色/黑白线转换的技术演进中，前期使用了两个传感器(1彩色和1黑白)* *配合一套电路再次切换。目前这种相机已经采用了单CCD(彩色)设计，在白天或者光源充足的时候是彩色相机。当夜幕降临或光源不足时(一般在1Lux ~ 3Lux)，用数字电路消除彩色信号，变成黑白图像。为了配合红外线，彩色相机不可或缺的红外滤镜也被去掉了。这种方式虽然可以在夜间达到“低照度”的目的，但是在白天有图像模糊、色彩不自然的缺点，而且相机的拍摄距离会受到红外灯照射距离的限制。但彩色/单色相机是否属于“低照度”相机，目前仍有较大争议。专家指出，真正的“低照度相机”应该是指相机本身(所采用的元器件和技术)所能实现的功能，而白天的彩色/黑白相机由于CCD灵敏度的原因无法自行改变，也不能算是低照度相机。

2.慢速/快门

这种相机又叫(图片)累积相机，利用计算机存储技术，将几张因光线不足而模糊的图片连续累积成清晰的图片，利用慢快门技术将相机照度降低到0.008LUX/F1.2(×128)，可累积的帧数为(128)。这种低照度相机适用于禁止破坏红色和紫外线的博物馆、夜间生物活动观察、夜间军事海岸线监控等。，以及静态场所的监控。这类低光相机，大部分是进口品牌，价格昂贵，累积帧数也不多(32帧)。

3.超灵敏相机(EXVIEW/HAD)

EXVIEW/HAD，又称24小时相机，是1998年全球最受欢迎的机型。其彩色照度可达0.05LUX，黑白可达0.003-0.001LUX(也可配合红外线达到0LUX)，不仅能清晰识别图像，而且是实时连续图像。这类相机主要采用索尼元件厂1997年推出的EXVIEW/HAD/CCD(超感CCD)。它采用专利技术提高CCD每个像素的开口率，进而满足更低照度的要求。这项技术的出现受到了监控市场的欢迎，在所有的光照环境下都能表现出最佳的效果。特别是在760mm-1100mm的近红外区域，通过特殊的红外照明设备，可以获得高清晰的黑白图像，并且可以实现0°照明的监控(完全无光)，如果使用合适波长的红外照明，可以获得清晰的黑白图像。

三星TECHWIN公司(前身为三星航空，在中国被称为三星光电子)凭借30年的行业生产经验，始终站在技术创新的前沿，为客户提供高品质的安防产品。其产品系列有SHC-740、SHC-740、SHC-721、SDZ-330、SPD-3300等。全部采用128倍帧累加技术，清晰度大于520TVL，信噪比大于50db，具有昼夜转换功能。特别是SHC-740(图1)采用了EX-VIEW HAD CCD和三星SVⅲDSP芯片。在低照度技术上，高清有了新的突破(高达540TVL)，让相机即使在几乎全黑的条件下也能获得高质量的画面，其最小照度色彩模式为0.01lux @ F65438。Sens-up模式为0.0003 LUX@F1.2，广泛应用于国防边防、军队、高速公路。

宽动态

在一些明暗反差过大的情况下，一般相机受限于CCD的感光特性，拍摄的图像往往会出现背景过亮或前景过暗的情况。针对这种情况，宽动态技术应运而生，很好地解决了这一问题。在此之前，传统相机普遍采用背光补偿功能，以适应光线对比度大的情况。

当常规摄像机视野内的物体有高亮度背景光时，需要看门口或窗外的物体。通常采用中央背光补偿(BLC)模式，主要依靠提高视场中心部分的亮度，降低视场周围部分的亮度来看清位于中心位置的物体。

逆光补偿又称逆光补偿，就是把画面分成几个不同的区域，每个区域单独曝光。在某些应用中，视场可能包含非常亮的区域，被包含的被摄对象被亮场包围，画面是暗的，没有层次。此时由于AGC检测到的信号电平不低，放大器的增益很低，无法提高画面主体的亮度。引入背光补偿时，相机只检测整个视场的一个子区域，通过寻找这个区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有较高的增益，使输出信号的幅度增大，从而使监视器上的主画面清晰，大大减小了背景画面与主画面的主观亮度差，提高了整个视场的可视度。虽然背光补偿提高了拍摄对象的亮度，但画质或多或少会变差。

宽动态技术是同时曝光两次，一次快一次慢，然后合成，使屏幕上同时看到亮的和暗的物体成为可能。虽然两者都是为了克服强背光环境，看清目标而采取的措施，但是背光补偿是以牺牲画面的对比度为代价的，所以从某种意义上来说，宽动态技术是背光补偿的升级。

三星TECHWIN(三星光电子)由于企业背景，在国家军工领域经验丰富，产品更侧重于工业用品、耐用和稳定。并在光学和半导体技术方面积累了多年的经验。在安防监控摄像机、嵌入式硬盘录像机等采用专业半导体芯片的产品中有着不俗的表现。SVⅲ自主研发的第三代超级影像技术SVⅲ(图5)配备了双速扫描CCD，可以拍摄出动态效果较宽的影像。并使用两个12位数字输入端，使SV ⅲ具有80db以上的宽动态范围。大量数字信息通过23位数据总线传输到DSP后，DSP进行内部处理，保证没有数据丢失。然后用非线性自适应WDR压缩算法将宽动态范围压缩成10比特。

采用自适应反马赛克色彩还原算法，色彩达到黑白540线和570线。

强大的灵敏度增强技术提供动态3D过滤图像，优化信噪比。并且在低照度的情况下增强了可视性，保持了充分的实时效果。

采用先进的局部区域对比度增强技术，即使在光照条件较差的情况下也能获得理想的对比度。

独特的色彩控制算法，可以扩大白平衡的应用范围，即可以在很宽的色温范围内准确真实地再现色彩。这也意味着它可以在非常低的光照条件下很好地支持色彩模式和白平衡的使用。

典型应用

目前道路监控使用的低照度宽动态摄像头的重点是高速公路收费监控系统，主要观察和记录收费车道、收费广场、收费站的收费情况，通过收费车道的车辆种类，收费员的操作过程，以及收费过程中的突发事件和特殊事件，从而实施有效监管。。尤其是晚上，收费站工作人员需要看清车牌。一般来说，开灯后，路面的环境照度和车牌的照度形成一定的动态范围，传统摄像头很难“看得清”，所以就有了低照度宽动态摄像头的需求。

其次，电子警察系统，通过闭路电视监控和红灯自动记录，提高指挥中心对交通事故和事故的直觉、实时动员能力和反应能力，增强查处违章的客观性，综合协调控制管制区域，提高车辆通行能力。因为要看清车牌，24小时监控，所以对低照度宽动态摄像头有需求。

此外，在城市商业街也有一些应用，用于掌握一些繁忙路口的交通情况，路段周围车辆的运行情况，行人的流量，交通安全情况。

结束语

随着交通安全意识的日益增强，道路基础设施必须配合道路监控系统的建设，这无疑预示着交通监控行业蕴藏着巨大的商机。而低照度宽动态的相机必然有广阔的空间。技术，数字世界的赢家，三星TECHWIN愿以优质的产品和一流的服务，为中国智能交通行业贡献自己的力量。

一些宽动态的技术知识

宽动态范围是图像能够分辨的最亮亮度信号值与能够分辨的最暗亮度信号值的比值。

宽动态的表达用“倍数”或“dB”表示。当以100IRE为标准时，换算公式为:N dB=20log(V2/V1)。普通相机(叫V1)的宽动态值是10dB，比如48 dB，它和普通相机的差是38 dB，V2/V1=80，说明它和普通相机的宽动态差是80倍，松下第三代宽动态相机是54 dB，V2/V1=。池上ISD-A10相机典型动态范围为95 dB，V2/V1=17782倍，最大宽动态范围为120dB，V2/V1=316227倍。从“多”的角度来看，使用Pixim DPS技术的相机的宽动态范围比CCD的大幅度提高。