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CMOS成像器件可以有4種基本的輸出模式，即線性輸出模式、雙斜率輸出模式、對數特性輸出模式、校正輸出模式。這幾種模式的動態(tài)范圍相差很大，因而采用不同輸出模式的CMOS攝像機的寬動態(tài)范圍及其特性也有較大區(qū)別。

為更加擴大動態(tài)范圍，還可以根據實際需要將上述的兩種輸出模式進行組合。例如，采用線性-對數（lin-log）輸出模式，開始時輸岀隨圖像亮度呈正比例增加（線性響應），當亮度信號超過某給定閾值后，輸出即呈對數響應，如圖1所示。

圖1 IM28-SA的光電特性曲線

圖1中所示的中間曲線為加拿大Dalsa公司生產銷售的IM28-SA型CMOS超寬動態(tài)攝像機的光電特性曲線，這樣的線性-對數響應的輸出模式可使CMOS攝像機的動態(tài)范圍能高達120dB。線性-對數輸出模式的光電響應，木僅擴大了動態(tài)范圍，還可防止圖像滯后與克服圖像的重影。

超寬動態(tài)范圍的輸岀模式除線性-對數輸出模式外，還有前述的CMOS-DPS攝像機的數字像素系統(tǒng)模式。例如，2005年10月，池上公司采用Pixim的DPS成像技術推出的超寬動態(tài)攝像機ISD-A10，其動態(tài)范圍典型值是95dB，最大能達120dB，并具有非常好的色彩還原和清晰度。

一、CMOS攝像機與CCD攝像機的寬動態(tài)性能的比較

CMOS攝像機與CCD攝像機的寬動態(tài)性能的比較如表1所示。

表1 CMOS攝像機與CCD攝像機的寬動態(tài)性能的比較

類型 寬動態(tài)范圍 功耗 清晰度 成本 最低照度 色彩還原性 圖像質量

CCD 最大66dB 高 好 高 低 差，蒼白 較差

CMOS 最大120dB 低 好 低 較低 好，真實 層次豐富

 

由表1可看出，寬動態(tài)技術并不是CCD攝像機獨有的，由于CCD的感光特性限制，在技術上很難再有重大突破，而CMOS寬動態(tài)攝像機將會有突岀的表現，可以說未來的監(jiān)控攝像機都會有寬動態(tài)功能，而超寬動態(tài)技術將屬于CMOS攝像機。因為CCD寬動態(tài)攝像機大多用二次曝光得出的像素數據計算出圖像中所有像素的色調信息。這樣，雖然增大了圖像中最亮色調與最暗色調的比值，但卻大大犧牲了中間色調的成像效果；并且該方法需要雙倍的內存。為消除這種額外的內存開銷，采用二次曝光技術的很多產品不得不將垂直分辨率減少為一半。這種方法雖然提升了動態(tài)范圍，但卻犧牲了圖像的真實分辨率和色彩精確度，其圖像總是看起來很蒼白，好像褪色了一樣。

雖然，隨著CCD的不斷發(fā)展，松下公司、索尼公司分別推出第三代寬動態(tài)攝像機（如松下WV-CP480L、索尼SSC-DC578P），它們的典型寬動態(tài)范圍也僅為54dB。CCD寬動態(tài)攝像機目前最好的擴展動態(tài)范圍的方式是5次取樣方式，如JVC公司的CCD寬動態(tài)攝像機TK-WD310EC，但最大動態(tài)范圍最多也只能為66dB。

而CMOS-DPS攝像機則對每個像素取樣，它可使每個像素的曝光時間不同，從而使同一畫面不同部分的曝光時間不盡相同，因此整幅圖像的任意點，都可達到最佳圖像顯示的狀態(tài)，能得到清晰的圖像細節(jié)，從而更加接近真實場景的色彩還原。

圖2所示為使用二次曝光技術擴展動態(tài)范圍的Panasonic的CCD寬動態(tài)攝像機與Pixim公司的CMOS-DPS攝像機拍攝的圖像的對比，顯然，CCD寬動態(tài)攝像機所攝畫面蒼白，其色彩精準度和圖像質量都不如Pixim的CMOS-DPS攝像機好。

圖2 采用二次曝光技術的CCD攝像機和CMOS-DPS攝像機拍攝的圖像對比

由圖2可看出，CMOS-DPS攝像機可以通過其超強的寬動態(tài)功能來獲得高質量的圖像，即可以達到比CCD更真實、更清晰的圖像。在動態(tài)范圍上，DPS采用的單一像素曝光和ARM7控制技術，相比于CCD的兩次或多次曝光成像有了更寬的動態(tài)范圍（最高可至120dB）。在擴大動態(tài)范圍的同時，DPS也解決了CCD傳感器在處理動態(tài)范圍和色彩真實性上的不足，其色彩還原性更加真實，完全能夠滿足不同條件下不同用戶的要求。

由于Pixim的DPS技術的每一像素都有自己的A/D轉換器，產生的信息被獨立地捕捉和處理，每一個像素在其攝像機內都起到了作用。在圖像傳感器的像素排列位置上，每一個像素的曝光時間被調節(jié)去處理獨特的光條件?；贒PS系統(tǒng)平臺制造的一個攝像機實質上都有成千上萬個獨立攝像單元，每個攝像單元都盡可能創(chuàng)作出最好的圖像。這些圖像然后被結合起來就可創(chuàng)造一幀高質量的視頻畫面。