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浅析DSP智能摄像机发展的必然方向
随着现代科学技术的发展，视频监控系统也向智能化发展，而监控用的摄像机也必须智能化。DSP摄像机有普通型与智能型，以往的DSP智能摄像机主要是提高图像质量型。本文主要介绍DSP智能摄像机的工作原理，过去的提高图像质量型与现在需要的检测识别报警型DSP摄像机的智能化功能，检测识别报警型DSP摄像机在现代平安城市建设中的作用，以及DSP智能摄像机必须由提高图像质量型向检测识别报警型发展。

　　DSP (Digital Signal Processing)即数字信号处理，它是利用数字计算机或专用数字信号处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值、识别等加工处理，借以达到提取有用信息、便于应用的目的。

　　由于有了DSP功能的芯片出现，所以近些年才出现了DSP的新型摄像机。这种摄像机的主要特点就是：在摄像机内部的电路采用了大规模数字信号处理集成电路(DSP LSI)，并且由微处理器对系统的状态进行检测与控制，因此其稳定性、可靠性、一致性等都大大提高。DSP芯片是一种特殊的微处理器，就是根据数字信号处理理论的数学模型和算法，设计出专门的数字信号微处理器芯片。计算程序全部“硬化”，数字滤波器所需要的其他设备也全部集成、硬化，比如加法器、存储器、控制器、输入/输出接口，甚至其他类型的外部设备等。许多在模拟信号处理器中无法进行的工作，都可以在数字处理中进行，如二维数字滤波、数字动态图像检测、数字背景光补偿、肤色轮廓校正、细节补偿频率调节、准确的彩色矩阵、精确的γ校正、自动聚焦等。因此，有了DSP的摄像机，可大大提高图像的质量。

　　此外，通过数字设定，可进行画面格式变换，还可均衡调节各参数值，把摄像机之间的差别缩减到最小。DSP彩色摄像机，还能方便地输出亮度信号与色度信号分离的视频信号(简称Y/C信号或S-Video信号)。DSP技术不仅使摄像机在性能上获得优势，而且缩小了体积，节省了零件及装配时间，从而降低了成本。

　　一、DSP智能摄像机的工作原理

　　DSP摄像机的工作原理中，亮度/色度处理、编码同步发生器及CCD驱动等部分电路均采用了数字信号处理技术，它们都由微处理器执行中心控制。虽然，由于AGC和γ校正电路是在A/D转换之前，仍为模拟处理，但它们的控制电压和补偿信号是根据数字部分检测决定的，因而仍然可以调节得很精确。

　　亮度/色度处理部分，需要微处理器对数字信号的数据进行检测处理控制，以测量出信号峰值、平均值、差值等信息，并将这些测量结果经微处理器的运算处理，形成各种控制信号。如其中需要采用二维数字梳妆滤波(2-Dementional Digital Comb Filter)处理技术，用它可以减小亮度信号对色度信号的串扰，并最大限度地保留亮度信号高频成分，从而进一步改善图像质量。

　　关于检测识别预/报警型的智能化功能，主要是通过智能化软件固化在DSP中。通过所监控的图像检测，如得到所需的信息就去进行识别处理判断，以驱动预/报警而阻止犯罪。

　　二、提高图像质量型DSP摄像机的智能化功能

　　该类DSP摄像机在提高图像效果的同时，而具有智能的特色。因为相对于模拟摄像机来说，数字信号处理摄像机能方便地使用一些改善图像质量的新技术。因为通过数字信号处理技术，可以获得许多模拟信号处理难以实现的效果。下面主要简介一下提高图像效果的智能型DSP彩色CCD摄像机中所采用的数字2H增强技术、数字拐点技术、智能数字背景光补偿、数字自动跟踪白平衡、数字动态展宽、自动聚焦、电子灵敏度增强、数字降噪及屏幕菜单显示等智能功能。

　　1、数字2H增强技术

　　采用数字2H增强技术，可以有效地增强视频信号的水平和垂直边缘，从而获得边缘分明的清晰图像。

　　在采用了2H增强信号与视频信号合成后，就可使视频信号的边缘部分得到增强。

　　2、数字拐点技术

　　数字拐点技术可以有效地扩展视频信号的动态范围，这样在拍摄高亮度景物时，不致于使图像的高光部分被白色完全淹没。图3为数字拐点技术示意图。

　　用模拟摄像机拍摄高亮度景物时，其图像的高光部分就被白色完全淹没。通过数字摄像机的数字拐点技术，可对图像高光部分进行压缩，从而使这部分的图像细节能够显现出来。

　　3、智能数字背景光补偿(Intelligent Digital Back-light Compinsation)

　　背景光补偿也即逆光补偿。在松下的一些CCD摄像机中，均采用了自适应型的智能数字背景光补偿技术。这种技术与常规的逆光补偿技术相比，这里采用了数字检测与数字运算技术，因而可获得很好的逆光补偿效果。

　　智能数字背景光补偿的原理是：将摄像机摄取的整幅画面平均分成48个(即8×6块)正方形的小处理区域(如台湾敏通公司的M88 DSP处理器就是这样)，并对每一个小块的平均亮度进行检测，如果这些小块的平均亮度差别过大，则通过先进的算法缩小这些小块的亮度差，使过暗的景物能够较为清晰地重现，而又不致于使图像亮部区域出现过载。因此，采用这种智能化的数字检测技术，即使是很小的、薄的或是不在画面中心区域的景物，也能够清晰地在画面上呈现出来。

　　4、数字自动跟踪白平衡(Digital Auto Tracing White Balance)

　　数字自动跟踪白平衡技术能够自动跟踪画面上的白色，对系统进行白平衡调整，因而它能够明显改善彩色图像的重现效果。

　　数字自动跟踪白平衡的原理与上述的智能背景光补偿技术类似，它也是将摄像机摄取的一整幅画面平均分成48个小块，并检测这些小块中是否有白色，即使画面上有很小的一块白色，摄像机也能够自动跟踪它，并以它作为基准对系统的白平衡进行调整(有关白平衡的定义及调整在本人编著的《电视监控技术》一书第二章中有详细说明)，使重现的图像绚丽多彩。如松下等彩色摄像机，就采用了上述的数字自动跟踪白平衡的技术。

　　5、数字动态展宽 (Digital Wide Dynamic Range)

　　一般摄像机摄取宽动态范围的场景时，画面上可能会同时出现明亮区域及灰暗区域。如明亮区域显示合适时，灰暗区域则可能过于黑暗;反之，当灰暗区域显示合适时，明亮区域则可能亮得过载。数字动态展宽技术可有效缩小宽动态范围图像的亮暗差别，使两个区域的图像同时在监视器屏幕上清晰地显示出来。

　　数字动态展宽技术的基本原理是，采用双速CCD图像传感器，能在同一时间内对摄取的场景分别进行长短不同时间的曝光，将此信号输入专用的图像处理集成电路中，通过变换、合成、校正等处理而输出扩展了40倍动态范围的清晰图像。如松下WV-CP460系列DSP摄像机中，采用了两组AGC电路及一些增强与降噪等处理技术，使摄像机的动态范围进一步地从第一代的40倍增加到80倍，即“超动态二代(Super Dynamic Ⅱ)”。

　　有关数字动态展宽较详细的原理，可参阅本人编著的《电视监控技术》一书第二章第六节中的超高动态CCD摄像机。

　　6、数字自动聚焦(Digital Self-regulation Focus)

　　在快速球与设置在云台上的一体化摄像机中，一般都需要自动调焦系统。尤其在高速球中使用时，其自动聚焦的速度最好不超过1秒，当监控场景的距离相差太大而超过景深范围时，尤为需要。因此，快速地自动聚焦的软件算法的选择与光圈等的控制配合就非常重要。

　　自动聚焦的方法很多，有测距法、聚焦检测法与图像处理法三类。目前一体化摄像机中大多采用图像处理法，需了解自动聚焦详情，可参阅本人编著的《电视监控技术》一书第一章第三节以及《安全与光电》论文集中“论各类自动调焦技术及其优劣”一文，这里就不叙述了。

　　7、电子灵敏度增强(Electronic Sensitivity Up)及数字降噪(Digital Noise Reduction)

　　一般，普通摄像机的AGC打开时，虽可以提高其感光的灵敏度，但干扰噪声也相应放大，从而使监视器屏幕上显示的图像充满杂乱的噪点。而采用电子灵敏度增强及数字降噪技术，可使重现的图像清晰可辨。如松下的WV-CP610彩色摄像机中，在使用电子灵敏度增强及AGC技术提高其灵敏度的同时，还应用数字降噪技术降低其图像的噪点。它不仅可使摄像机的灵敏度提高32倍，还能提高重现的图像的质量。

　　数字降噪方法不少，如由帧间积分平均器组成的数字式杂波降低器已有商品出售，其最大信噪比的改善可达15dB，其降噪原理在本人编著的《电视监控技术》一书第十一章中有详细叙述。

　　8、屏幕菜单显示(On-Screen Display简称OSD)

　　由于新型的DSP摄像机的功能不断增多，而这些功能又必须通过设定(Setup)才能奏效，因此通过监视器屏幕上的菜单显示，对摄像机的工作状态进行设定，可以为使用者带来极大的方便。如松下的和LG-Honeywell 的一些摄像机大都具备这种屏幕菜单显示的功能。

　　新型的DSP摄像机的参数的设定，可配合专用的中心端控制设备，通过单同轴电缆(对松下系列摄像机)或RS485/RS232通讯线(对其他品牌摄像机)等传到前端的摄像机，从而使其工作在所设定的状态。

　　一般，新型的DSP摄像机除了OSD功能外，还内置可以独立设定的ID识别码，这对于具有数十台甚至数百台摄像机的大型电视监控系统来说，显得尤为重要。

　　松下公司的WV-CP610系列摄像机的屏幕菜单设置流程图，如图4所示。由该图可见，摄像机的ID码、ALC/ELC、背景光补偿、电子快门速度、自动增益控制、电子灵敏度增强级数、同步方式、白平衡、数字动态展宽、数字运动检测、数字降噪以及色彩、基准电平、孔径电平等参数，均可以通过屏幕菜单进行调整。

　　上述调整过程除了可通过WV-CP610摄像机后面板上的5个按钮(WV-CP654的5个按钮在摄像机机身侧面的盖板内)来完成外，还可通过中心端的摄像机遥控器WV-RM70来完成。这里，WV-RM70与WV-CP610的通讯并不需额外的连接线，而是直接通过视频同轴电缆以多工方式来实现。WV-RM70还可以进一步通过其RS-485接口与普通的PC计算机相连，从而也可通过计算机对系统进行设置。