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為什么動(dòng)態(tài)范圍受到限制
為什么攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍功能受到限制?動(dòng)態(tài)范圍限制源于多種原因，主要是圖像傳感器的感光像素陣列的物理性質(zhì)。設(shè)想兩個(gè)相同的圖像傳感器，只是感光像素陣列的面積大小及其相關(guān)的井位能不同，哪個(gè)傳感器的動(dòng)態(tài)范圍更寬?答案是：具有更大像素陣列的那個(gè)。由于井位能較大，場(chǎng)景范圍上部的光通量很強(qiáng)，不會(huì)像較小的像素那么容易達(dá)到飽和。場(chǎng)景范圍底部幾乎沒(méi)有光子，較大的感光像素陣列面積可采集較多的光子，并降低小值讀數(shù)的不準(zhǔn)確度(即噪波)。
增大感光像素陣列的尺寸以實(shí)現(xiàn)更寬動(dòng)態(tài)范圍的需要，將感光像素陣列制造得更小以提高空間分辨率的需要，二者之間的沖突始終存在。通常，由于像素陣列尺寸小而名義上較高的空間分辨率受到窄動(dòng)態(tài)范圍的嚴(yán)重拖累，從而導(dǎo)致噪波或修剪，或者兩種后果同時(shí)存在。
噪波屏蔽包含背光處精細(xì)圖像細(xì)部的微小信號(hào)變化，而修剪則消除了明亮處的細(xì)部。成像的時(shí)間因素也促成了動(dòng)態(tài)范圍和空間分辨率之間的沖突——視域范圍內(nèi)的物體可能在移動(dòng)，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)模糊。運(yùn)動(dòng)模糊是降低空間分辨率的因素，因?yàn)樗鼤?huì)使移動(dòng)物體在多個(gè)相鄰像素之間變得模糊。降低運(yùn)動(dòng)模糊需要更短的積分時(shí)間，但反過(guò)來(lái)增加了測(cè)量噪波。通過(guò)屏蔽細(xì)微的信號(hào)變化，噪波也損害了空間分辨率。簡(jiǎn)而言之，由于小尺寸像素陣列的動(dòng)態(tài)范圍窄，運(yùn)動(dòng)模糊以及試圖降低運(yùn)動(dòng)模糊的措施，導(dǎo)致有效傳感器分辨率可能比標(biāo)清分辨度低。
寬動(dòng)態(tài)成像的局限性
需要指出的是，在一些大規(guī)模生產(chǎn)的寬動(dòng)態(tài)技術(shù)中，由于某些技術(shù)和成本的限制，可供選擇使用的快門(mén)比值非常有限。因此，由于選擇不適當(dāng)?shù)目扉T(mén)比值而產(chǎn)生的問(wèn)題難以解決，使得噪波和其他現(xiàn)象很大程度上取決于場(chǎng)景本身。
寬動(dòng)態(tài)成像的另一個(gè)局限性與運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象有關(guān)。由于快門(mén)速度不同，在兩張(或更多)構(gòu)成合成寬動(dòng)態(tài)圖像的單獨(dú)快照中，捕捉圖像時(shí)場(chǎng)景的移動(dòng)部分會(huì)出現(xiàn)在不同的位置。例如，設(shè)想一個(gè)暗色物體從背景明亮的場(chǎng)景中通過(guò)。如果物體是靜止的，在合成寬動(dòng)態(tài)圖像中的暗像素會(huì)來(lái)自慢速快門(mén)圖像，而周?chē)喞獣?huì)來(lái)自快速快門(mén)圖像。但是，由于物體在移動(dòng)，它在快速快門(mén)圖像中輪廓與其在慢速快門(mén)圖像中的輪廓不匹配。因此，必須做出決定，如何彌補(bǔ)這種不匹配。在運(yùn)動(dòng)伴有運(yùn)動(dòng)模糊的情況下，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生處于物體和背景之間的亮度值，做決定會(huì)變得特別困難。就彩色寬動(dòng)態(tài)成像而言，除非在圖像處理中采取特殊的運(yùn)算措施，運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象可能會(huì)在移動(dòng)物體周?chē)a(chǎn)生明亮的彩色輪廓。此外，出現(xiàn)過(guò)量的暫時(shí)噪波時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致類(lèi)似運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生彩色噪波圖。在寬動(dòng)態(tài)中抑制運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的措施稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償可能會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)現(xiàn)象，特別是在捕捉包含非常明亮的人工照明區(qū)域的寬動(dòng)態(tài)場(chǎng)景時(shí)。主要使用快速快門(mén)來(lái)捕捉場(chǎng)景的明亮區(qū)域。如果快速快門(mén)的時(shí)間比人工照明半周期(在使用60Hz的國(guó)家為8.33ms，在使用50Hz的國(guó)家為10ms)的時(shí)間短，在快速和慢速快門(mén)圖像之間會(huì)產(chǎn)生顯著的局部亮度變化。這些變化可能會(huì)被攝影機(jī)內(nèi)置的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償誤認(rèn)為是合法運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致視覺(jué)現(xiàn)象。在這種情況下，禁用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償可能是一種合理的解決方案。
最后要指出的是，在通過(guò)多傳感器全景寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的全景圖像外觀時(shí)，色調(diào)映射和多曝光圖像捕捉的組合效果特別具有挑戰(zhàn)性。單獨(dú)的圖像傳感器所捕捉的場(chǎng)景相鄰部分在亮度、噪波和對(duì)比度方面可能可能看上去完全不同，這是因?yàn)閷?duì)于不同的傳感器，場(chǎng)景內(nèi)容發(fā)生了輕微的變化。為了得到更一致的全景圖像，往往有必要犧牲一些多傳感器攝像機(jī)通道的動(dòng)態(tài)范圍，或另外執(zhí)行復(fù)雜的后期處理，從而使所產(chǎn)生的多張寬動(dòng)態(tài)圖像的外觀相同。寬動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的明亮部分與戶(hù)外的明亮場(chǎng)景相對(duì)應(yīng)，而背光部分與室內(nèi)空間相對(duì)應(yīng)。如果大大縮小戶(hù)外區(qū)域的整體亮度范圍，使其更接近于較暗的室內(nèi)區(qū)域的整體亮度范圍，同時(shí)在兩個(gè)區(qū)域保持局部亮度差異，場(chǎng)景的整體外觀會(huì)保持完全可以被人眼所接受，而圖像可以在監(jiān)控器上顯示了。
