2024年8月12日发(作者：次同)
宽动态摄像机技术发展与应用
日本池上公司成立于1946年是全球最大的广播电视设备制造商之一，并于1961年开始生产
CCTV摄像机。凭借产品性能、色彩还原真实、图象质量和绝对的可靠性，池上摄像机充当着世
界领导者的角色。
日本池上公司在2005年11月主要面向美国、欧洲等海外市场，推出基于Pixim DPS 技术动态
范围高达120dB的监控摄像机“ISD-A10”。
尽管CMOS 传感器拍摄的图像在色彩浓度（色度电平）方面总归不如CCD摄像机，这也是使
CMOS技术摄像机久久不能登大雅之堂的原因之一。
一、宽动态技术
什么叫宽动态？简单地说宽动态就是场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清
楚。宽动态范围是图像能分辨最亮的亮度信号值与能分辨的最暗的亮光信号值的比值。
宽动态的表现方式以“倍数”或“dB”来表示，在以100IRE为标准时，换算公式：N dB=20log
（V2/V1）。普通摄像机（称V1）的宽动态值为10dB ,如宽动态为48 dB ，与普通摄像机之间的
差为38 dB，V2/V1=80，说明与普通摄像机宽动态差为80倍，松下第三代宽动态摄像机是54 dB，
V2/V1=160倍。池上ISD-A10摄像机典型动态范围95 dB，V2/V1=17782倍，最大宽动态范围120dB，
V2/V1=316227倍。从“倍数”上看，采用Pixim DPS技术的摄像机，宽动态范围要比CCD宽动态
范围有极大的提高。
对于DPS技术，每个像素对应的光线都可以优化曝光，每一帧数据读取时间只需0.8毫秒(传统
CCD 技术则需数十毫秒)，这样系统可以对每个像素进行多次单独采样；而成像系统控制着每个
像素的最佳采样时间，在每个像素达到最佳状态时存储像素信息。在所有像素被采集后，系统再
对其进行处理，最终形成高质量的图像。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。
采用传统CCD图像传感器的摄像机在采集一幅图像的过程中只对整个图像采样一次,必然会出
现对整个图像中明亮的区域过度曝光，或较暗的区域欠曝光的现象。CCD 宽动态技术是采用特殊
DSP（数字信号处理）电路，对明亮部分进行最合适的快门速度曝光,然后再对暗的部分用最合适
的快门速度曝光,然后将两个图像进行DSP处理重新组合，使明亮的部分和暗的部分可以看得清楚。
由于CCD 的感光特性所限制，在技术上很难在有重大突破，有的CMOS 技术已经达到160dB,
可以说未来的监控摄像机属于宽动态摄像机,宽动态技术属于CMOS。
二、垂直光斑
现在的很多摄象机都可以说是具有低光斑特性，比如Ikegami日本池上或Dallmeier系列摄象机。
垂直光斑准确说是什么呢？
光斑是CCD 传感器的一个特性，在传感器中没有任何东西阻止强光穿射的曝光和在CCD 上产
生更多的电子。结果是在图象中强烈的光出现时通常垂直斑纹也出现，在图象中遮盖了相关的细
节。
很多具有低垂直光斑摄象机使用IT CCD芯片来减少光斑的数量，IT芯片能提供的更多的好处
在于高的S/N信噪比和较低光斑。
Pixim芯片的核心技术是在每一个像素里模拟信号到的数字信号转换ADC。也就是在准确的捕
捉点上，光信号被转化成数字信号。这样做的好处是从模拟信号到ADC 转化过程中，像素间没有
串扰和没有信号损失。这也意味着噪波大大降低了和形成一个超级动态范围，这样就避免了垂直
光斑的产生。池上广播级摄像机低垂直光斑达到-135dB，是所有广播级摄像机这项指标最好的。
下面图片是池上 ISD-A10——基于池上低垂直光斑技术和Pixim技术摄像机和普通CCD 摄像机
拍摄车灯时低垂直光斑效果图。
三、新一代宽动态摄像机ISD-A10主要特点
图像传感器采用了1/3" DPS (Digital Pixel System) 宽动态图 D2000视频映像系统。DPS 技术在
捕捉光线时直接将信号数字化，利用该技术就可以扩大在映像上最亮部分和最暗部分的光线差中
所能支持的范围（动态范围），从而就可使摄像机显示出更明确而清晰的图像。
该机除480线水平分辨率与CCD摄像机有相同的高清晰度外，在色度、白平衡、轮廓补偿、垂
直光斑等方面充分体现出池上公司在专业广播电视摄像机的出类拔萃的特色。用自身OSD 可以设
置多项功能和调整多项参数以确保在多种场合下，监控需求。下面介绍ISD-A10几个主要特点：
1、最低照度：1Lux/F1.4（AGC ON 50IRE），0.75Lux/F1.2（AGC ON 50IRE）0.03Lux/F1.4,
0.022Lux/F1.2 (电子灵敏度提升功能：最大32倍)。
2、WDR宽动态范围：典型值95 dB 最大值120 dB，36调整级。
3、背光补偿具有4个选项，① OFF，不设定背光补偿；② ON，通常全范围背光补偿；③ 1SPOT ，
1个区域背光补偿，通过设置可以选定背光补偿区域大小和位置；④2 SPOT ，2个区域背光补偿，
通过设置可以选定2个背光补偿区域大小和位置。
120dB的宽动态范围，加上4种背光补偿的选项，使该机能在多种强光变化的场景获得最好的
监控画面。
4、GAIN增益。在选择SENS UP OFF时有5种增益模式可以选择①AGC，这种模式是初始的
自动优化灵敏度和噪波电平；②HYP AG这种模式的灵敏度高于AGC 模式，但在较高灵敏度和光
线较暗时，图像有噪波点。③LOW低,这种低固定模式灵敏度低用于较亮的场景；④MID中，这
种中等固定模式灵敏度介于LOW低和HIGH之间；⑤HIGH高，这种高固定模式灵敏度用于较暗
场景下，保持高灵敏度。在选择SENS UP ON 时有2种增益模式可以选择，①AGC；②HYP AGC
5、5种模SENS UP 灵敏度提升模式。①OFF，初始模式没有灵敏度提升；②S/N，信噪比模式
用于拍摄移动幅度小,有亮度变化的场景；③STD，这种标准模式可以在拍摄光线变化的场景时，
抑制图像模糊和粗糙；④MOVE运动模式用于像街区或停车场等有光线变化和人物移动场景。⑤
SLOW SHUTTER 慢快门电子灵敏度，有X2、X4、X8、X16、X32 五档选择。
6、4种自动白平衡调整模式。①ATW，初始设定自动调整；②ATW Ex ，当色温范围高于ATW
模式时选用，在通常的光源下，与ATW模式相比略有褪色；③AWC，这是所谓的ONE PUSH 自
动白平衡模式，使用一个白色靶子作基准自动调整白平衡；④MANUAL 手动调整R红增益和B
蓝增益。
在确定监控场景和目标后，选择一种最佳的白平衡模式，以保证色彩最好。
7、在色彩调整方面，将广播级技术应用到监控摄像机。①COLOR BAR自身带有彩条显示功能，
辅助调整色彩，以保证最佳色彩；②CHROMA色度补偿调节，用以调节图像色彩。③DETAIL 轮
廓细节调整。
从上述特性介绍中可以看出,池上公司在首次推出新一代超级宽动态摄像机ISD-A10所给与的
重视程度。在欧美市场将近一年的推广应用中，它以优异的性能、适中的价格、高可靠性受到全
世界范围用户的广泛好评。
四、Pixim DPS 摄像机应用效果
现在Pixim DPS宽动态技术主要应用在安防监控市场,监控摄像机最主要的指标是在各种复杂光
线条件下，拍摄出能识别目标的清晰图像。采用Pixim DPS 技术的摄像机与宽动态CCD 摄像机
价格基本一致，它是用于保安监控的理想摄像机，随着多种型号的Pixim 技术摄像机上市，在安
防监控的所有领域都将出现它的身影。
下面两组图像充分展现了在相同时间、角度下Pixim 摄像机和CCD 摄像机在复杂光线下的拍
摄效果。
1、在珠宝店发生偷盗事件监控过程
图1 左侧CCD摄像机前有一块玻璃，玻璃上有2处反光，室外部位光线过强无法看清
,室内反射光明显。图中顾客将包放在长凳上。
图1
图2 有人在室外准备进入珠宝店。左侧图中玻璃上两处反光变为一处，与图1比较隐约感到窗
外有人。右侧途中可以清楚看到窗外有人准备进入房间。
图2
3 右侧Pixm 摄像机清楚拍摄到进入珠宝店的男人画面，清楚显示面部细节。
图3
4 显示在店主和顾客正在观看样品时有人拿走桌上东西和包。
图4
5 显示窃贼溜出室外，离开作案现场。
图
图
图
从上述图片可以看出，基于Pixim 技术摄像机，可以清晰记录小偷从室外进入珠宝店、行窃、
离开全过程。通过录像资料可以准确查处窃贼进入时间和离开时间、去向及可以辨认的面部细节。
2、强逆光反差下集装箱装货
图6 逆光下集装箱拍摄效果。
图6
图7 在搬运工出现在镜头前，人物遮挡部分光线，使进入镜头的光线发生变化，光圈自动调整
曝光量减少，CCD摄像机图像变化明显。
图7
8 在搬运工接近集装箱时，遮挡光线减少，CCD摄像机图像隐约显示人物。
图8
9 在搬运工人进入集装箱装货时，CCD摄像机图像与图1未进搬运工时一样。
图9
图
图
2024年8月12日发(作者：次同)
宽动态摄像机技术发展与应用
日本池上公司成立于1946年是全球最大的广播电视设备制造商之一，并于1961年开始生产
CCTV摄像机。凭借产品性能、色彩还原真实、图象质量和绝对的可靠性，池上摄像机充当着世
界领导者的角色。
日本池上公司在2005年11月主要面向美国、欧洲等海外市场，推出基于Pixim DPS 技术动态
范围高达120dB的监控摄像机“ISD-A10”。
尽管CMOS 传感器拍摄的图像在色彩浓度（色度电平）方面总归不如CCD摄像机，这也是使
CMOS技术摄像机久久不能登大雅之堂的原因之一。
一、宽动态技术
什么叫宽动态？简单地说宽动态就是场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清
楚。宽动态范围是图像能分辨最亮的亮度信号值与能分辨的最暗的亮光信号值的比值。
宽动态的表现方式以“倍数”或“dB”来表示，在以100IRE为标准时，换算公式：N dB=20log
（V2/V1）。普通摄像机（称V1）的宽动态值为10dB ,如宽动态为48 dB ，与普通摄像机之间的
差为38 dB，V2/V1=80，说明与普通摄像机宽动态差为80倍，松下第三代宽动态摄像机是54 dB，
V2/V1=160倍。池上ISD-A10摄像机典型动态范围95 dB，V2/V1=17782倍，最大宽动态范围120dB，
V2/V1=316227倍。从“倍数”上看，采用Pixim DPS技术的摄像机，宽动态范围要比CCD宽动态
范围有极大的提高。
对于DPS技术，每个像素对应的光线都可以优化曝光，每一帧数据读取时间只需0.8毫秒(传统
CCD 技术则需数十毫秒)，这样系统可以对每个像素进行多次单独采样；而成像系统控制着每个
像素的最佳采样时间，在每个像素达到最佳状态时存储像素信息。在所有像素被采集后，系统再
对其进行处理，最终形成高质量的图像。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。
采用传统CCD图像传感器的摄像机在采集一幅图像的过程中只对整个图像采样一次,必然会出
现对整个图像中明亮的区域过度曝光，或较暗的区域欠曝光的现象。CCD 宽动态技术是采用特殊
DSP（数字信号处理）电路，对明亮部分进行最合适的快门速度曝光,然后再对暗的部分用最合适
的快门速度曝光,然后将两个图像进行DSP处理重新组合，使明亮的部分和暗的部分可以看得清楚。
由于CCD 的感光特性所限制，在技术上很难在有重大突破，有的CMOS 技术已经达到160dB,
可以说未来的监控摄像机属于宽动态摄像机,宽动态技术属于CMOS。
二、垂直光斑
现在的很多摄象机都可以说是具有低光斑特性，比如Ikegami日本池上或Dallmeier系列摄象机。
垂直光斑准确说是什么呢？
光斑是CCD 传感器的一个特性，在传感器中没有任何东西阻止强光穿射的曝光和在CCD 上产
生更多的电子。结果是在图象中强烈的光出现时通常垂直斑纹也出现，在图象中遮盖了相关的细
节。
很多具有低垂直光斑摄象机使用IT CCD芯片来减少光斑的数量，IT芯片能提供的更多的好处
在于高的S/N信噪比和较低光斑。
Pixim芯片的核心技术是在每一个像素里模拟信号到的数字信号转换ADC。也就是在准确的捕
捉点上，光信号被转化成数字信号。这样做的好处是从模拟信号到ADC 转化过程中，像素间没有
串扰和没有信号损失。这也意味着噪波大大降低了和形成一个超级动态范围，这样就避免了垂直
光斑的产生。池上广播级摄像机低垂直光斑达到-135dB，是所有广播级摄像机这项指标最好的。
下面图片是池上 ISD-A10——基于池上低垂直光斑技术和Pixim技术摄像机和普通CCD 摄像机
拍摄车灯时低垂直光斑效果图。
三、新一代宽动态摄像机ISD-A10主要特点
图像传感器采用了1/3" DPS (Digital Pixel System) 宽动态图 D2000视频映像系统。DPS 技术在
捕捉光线时直接将信号数字化，利用该技术就可以扩大在映像上最亮部分和最暗部分的光线差中
所能支持的范围（动态范围），从而就可使摄像机显示出更明确而清晰的图像。
该机除480线水平分辨率与CCD摄像机有相同的高清晰度外，在色度、白平衡、轮廓补偿、垂
直光斑等方面充分体现出池上公司在专业广播电视摄像机的出类拔萃的特色。用自身OSD 可以设
置多项功能和调整多项参数以确保在多种场合下，监控需求。下面介绍ISD-A10几个主要特点：
1、最低照度：1Lux/F1.4（AGC ON 50IRE），0.75Lux/F1.2（AGC ON 50IRE）0.03Lux/F1.4,
0.022Lux/F1.2 (电子灵敏度提升功能：最大32倍)。
2、WDR宽动态范围：典型值95 dB 最大值120 dB，36调整级。
3、背光补偿具有4个选项，① OFF，不设定背光补偿；② ON，通常全范围背光补偿；③ 1SPOT ，
1个区域背光补偿，通过设置可以选定背光补偿区域大小和位置；④2 SPOT ，2个区域背光补偿，
通过设置可以选定2个背光补偿区域大小和位置。
120dB的宽动态范围，加上4种背光补偿的选项，使该机能在多种强光变化的场景获得最好的
监控画面。
4、GAIN增益。在选择SENS UP OFF时有5种增益模式可以选择①AGC，这种模式是初始的
自动优化灵敏度和噪波电平；②HYP AG这种模式的灵敏度高于AGC 模式，但在较高灵敏度和光
线较暗时，图像有噪波点。③LOW低,这种低固定模式灵敏度低用于较亮的场景；④MID中，这
种中等固定模式灵敏度介于LOW低和HIGH之间；⑤HIGH高，这种高固定模式灵敏度用于较暗
场景下，保持高灵敏度。在选择SENS UP ON 时有2种增益模式可以选择，①AGC；②HYP AGC
5、5种模SENS UP 灵敏度提升模式。①OFF，初始模式没有灵敏度提升；②S/N，信噪比模式
用于拍摄移动幅度小,有亮度变化的场景；③STD，这种标准模式可以在拍摄光线变化的场景时，
抑制图像模糊和粗糙；④MOVE运动模式用于像街区或停车场等有光线变化和人物移动场景。⑤
SLOW SHUTTER 慢快门电子灵敏度，有X2、X4、X8、X16、X32 五档选择。
6、4种自动白平衡调整模式。①ATW，初始设定自动调整；②ATW Ex ，当色温范围高于ATW
模式时选用，在通常的光源下，与ATW模式相比略有褪色；③AWC，这是所谓的ONE PUSH 自
动白平衡模式，使用一个白色靶子作基准自动调整白平衡；④MANUAL 手动调整R红增益和B
蓝增益。
在确定监控场景和目标后，选择一种最佳的白平衡模式，以保证色彩最好。
7、在色彩调整方面，将广播级技术应用到监控摄像机。①COLOR BAR自身带有彩条显示功能，
辅助调整色彩，以保证最佳色彩；②CHROMA色度补偿调节，用以调节图像色彩。③DETAIL 轮
廓细节调整。
从上述特性介绍中可以看出,池上公司在首次推出新一代超级宽动态摄像机ISD-A10所给与的
重视程度。在欧美市场将近一年的推广应用中，它以优异的性能、适中的价格、高可靠性受到全
世界范围用户的广泛好评。
四、Pixim DPS 摄像机应用效果
现在Pixim DPS宽动态技术主要应用在安防监控市场,监控摄像机最主要的指标是在各种复杂光
线条件下，拍摄出能识别目标的清晰图像。采用Pixim DPS 技术的摄像机与宽动态CCD 摄像机
价格基本一致，它是用于保安监控的理想摄像机，随着多种型号的Pixim 技术摄像机上市，在安
防监控的所有领域都将出现它的身影。
下面两组图像充分展现了在相同时间、角度下Pixim 摄像机和CCD 摄像机在复杂光线下的拍
摄效果。
1、在珠宝店发生偷盗事件监控过程
图1 左侧CCD摄像机前有一块玻璃，玻璃上有2处反光，室外部位光线过强无法看清
,室内反射光明显。图中顾客将包放在长凳上。
图1
图2 有人在室外准备进入珠宝店。左侧图中玻璃上两处反光变为一处，与图1比较隐约感到窗
外有人。右侧途中可以清楚看到窗外有人准备进入房间。
图2
3 右侧Pixm 摄像机清楚拍摄到进入珠宝店的男人画面，清楚显示面部细节。
图3
4 显示在店主和顾客正在观看样品时有人拿走桌上东西和包。
图4
5 显示窃贼溜出室外，离开作案现场。
图
图
图
从上述图片可以看出，基于Pixim 技术摄像机，可以清晰记录小偷从室外进入珠宝店、行窃、
离开全过程。通过录像资料可以准确查处窃贼进入时间和离开时间、去向及可以辨认的面部细节。
2、强逆光反差下集装箱装货
图6 逆光下集装箱拍摄效果。
图6
图7 在搬运工出现在镜头前，人物遮挡部分光线，使进入镜头的光线发生变化，光圈自动调整
曝光量减少，CCD摄像机图像变化明显。
图7
8 在搬运工接近集装箱时，遮挡光线减少，CCD摄像机图像隐约显示人物。
图8
9 在搬运工人进入集装箱装货时，CCD摄像机图像与图1未进搬运工时一样。
图9
图
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