Заместитель директора по развитию Андреев Кузьма.
 

Типовые решения увеличения динамического диапазона съёмки

Статья является частью публикации «Камеры режимом широкого динамического диапазона»

Технологических решений в подобной ситуации два, к ним прибегают в случаях, когда видеоустройства надо обеспечить расширенным динамическим диапазоном.

• множественное отображение сцены – видеоустройство захватывает несколько отдельных частей картинки или несколько полных изображений. Каждая из таких частей отображает различные зоны динамического диапазона. Все фрагменты объединяются видеокамерой и воспроизводятся с расширенным динамическим диапазоном (WDR).
• применение логарифмических датчиков. Если уровни освещения разнятся между собой, это, несомненно, отразится на чувствительности, которая также будет различаться, за счет этого в пределах одного кадра обеспечивается широкий динамический диапазон яркости картинки.

Технологии, приведенные выше, можно сочетать между собой, однако, наибольшей популярностью пользуется первая.

Ниже будут приведены два метода, позволяющие получить одно изображение из нескольких:

• метод, когда два и более датчика параллельно отображают изображение, сформированное оптической системой. Каждым из датчиков будет осуществлять захват разных частей динамического диапазона кадра, это будет обусловлено разным временем накопления, разной степенью ослабления в оптическом тракте, либо за счет применения датчиков, обладающих разной чувствительностью.
• изображение последовательно отображается датчиком (он единственный), время экспонирования при этом различное. Допускается производить два отображения, время экспонирования первого должно быть максимальным, второго – более коротким.

Метод последовательного отображения 

Метод последовательного отображения проще реализовать, поэтому к нему чаще прибегают, так, например, он задействован в промышленности. За счет большого времени экспонирования обеспечивается видимость темных зон объекта, а вот максимально яркие области прорабатываются далеко не всегда, что может привести к насыщению фотоприемника. При малом накоплении (времени экспонирования) результат будет обратным: светлые области отобразятся хорошо, темные, те, что находятся на уровне шума, останутся не проработанными. Сигнальный процессор объединит два этих изображения, им учитывается, где яркие и темные области получились лучше. Процесс создания бесшовного гладкого изображения в данной публикации затрагивать не имеет смысла, так как он слишком сложен.

Метод комбинирования двух цветных картинок, полученных при разном времени экспонирования, впервые предложила команда профессора И.И.Зиви, которая работает на израильскую компанию «Тech-nion». Уже в 1988 г. на данный способ был получен патент, а спустя пять лет метод был положен в основу создания медицинской видеокамеры.

Технические решения сегодня

Матрицы двойного сканирования, произведенные Sony (Double Scan CCD) ICX 212 (NTSC), ICX213 (PAL) и процессоры, осуществляющие обработку картинок SS-2WD или SS-3WD, применяются в современных моделях камер для расширения динамического диапазона способом, комбинирующим два изображения. Примечательно, что в ассортименте компании Sony таких матриц нет, и далеко не все производители признаются, что пользуются такими.

Поле, которое накапливает аналоговая камера, составляет 1/60 с (PAL 1/50 с), у камеры с широким динамическим диапазоном поле состоит из двух изображений, которые также накапливаются: когда детали освещены плохо - 1/120 c (PAL 1/100 c), при сильном освещении - 1/120 - 1/4000.

Применение такой технологии «доводит» динамический диапазон до 60-65 дБ. К сожалению, производители ограничиваются лишь указанием наличия функции, не приводя числовых данных WDR, исключения делают лишь компании, реализующую свою продукцию по высоким ценами. В документации на некоторые из моделей видеокамер указано наличие функции WDR, но нет ни слова о требуемой элементной базе. Подобные ситуации вызывают сомнения относительно заявленного режима широкого динамического диапазона. Вопрос вполне уместен, если учитывать, что название WDR производители сотовых телефонов дают функции авторегулирования яркости на встроенной камере. Несмотря на это, есть модели, у которых заявлен режим широкого динамического диапазона, к таким можно отнести Easy Wide-D и EDR, они работают с аналоговыми ПСЗ-матрицами. Величина расширения, если таковую будут указывать, не должна превышать 20-26 дБ.

Заместитель директора по развитию Андреев Кузьма.