监控摄像机电子快门应用现状及技术解析

    对于隔行扫描系统来说，每一幅完整的画面都分别由奇数场和偶数场2幅画面组合而成，亦即每秒钟内一共有25个奇数场和25个偶数场，也就是50副画面，每一场CCD上都会累计电荷，如果能暂停若干场电荷的转移处理，使其光敏原件内部的电荷得以暂存，直到对某个场景进行多次感光后再进行电荷转移，由于这期间，电荷累积到较多的数量，无疑可以提高信号的强度进而提高画面亮度，但是这样做的后果是降低了摄像机的帧率，造成丢帧，所以，市面上以这种多场积累电荷方式提高照度的摄像机，通常只适合监控静止场景或者非运动场景，这样即使丢帧也基本看不出来。

    高速电子快门

    高速电子快门可以让摄像机清晰地拍摄高速运动的物体。普通摄像机在拍摄高速或者快速运动物体时会产生拖尾现象，这是因为，普通摄像机的电子快门速度不够快，即一个周期内CCD的感光时间太长，在DSP控制下使CCD上积聚电荷的这段时间内，物体在CCD上不同的感光位置都已经成了像，于是我们看到的画面就是模糊并伴有拖尾现象的物体。如何避免拖尾现象呢？在了解了拖尾产生的原因后，我们就很清楚，只要摄像机的电子快门的速度足够的快，以至于在每个周期的CCD的感光时间内(注意，周期不变，仍然是1/50秒)，物体只会在CCD的一个位置感光，那么随后输出的这一帧图像上，物体就会成像在一个位置，如果每个成像周期内CCD的实际感光时间都是这么短，那么在输出的连续画面上，物体的运动就是清晰的。一般来说，只要每秒钟帧率达到15以上，图像的感觉就是连续的，一般PAL制式的帧率是25，所以图像的连续性可以得到保证。联系到现实生活中，我们经常能在电视上看到关于子弹或者导弹飞行的画面，这些画面的拍摄就是采用高速摄像机，子弹的飞行轨迹相当清晰，摄像机的高速快门起到了重要的作用。

    补光辅助

    电子快门速度的加快，导致CCD的感光时间大大缩短，后果就是电荷积累量严重不足，造成画面变暗，这几乎是个不可调和的矛盾，如果要解决的话，只能采取补光的办法，交通卡口的原理就是如此。

    交通卡口所使用的摄像机具有高速电子快门功能，此功能保证拍摄高速行进的车辆时，由于电子快门速度足够的快，每一时间车辆都只在CCD的一个位置成像，所以车辆运动轨迹是清晰的但是较为暗淡，同时，当地面的电磁线圈感受到车辆超速时，把此信号反馈给补光灯，补光灯瞬间点亮，CCD在允许的感光时间内接受到大量的物体反光，积累的电荷数迅速增加，那么补光灯点亮的那一帧画面中，车牌就是清晰可见的，这就是我们在路口经常可以看到有些灯瞬间闪烁的原因，当然补光灯何时闪烁完全可以由控制终端的软件控制，车辆不超速的时候也可以补光，在任何需要的时候摄取明亮清晰的车辆照片。

    所以，拍摄高速或快速运动的物体时，一般倾向选用高速电子快门摄像机，其可以清晰地显示出物体的运动过程，非常适于拍摄人员跑步或者车辆行进画面。

    自动光圈效果

    自动电子快门还能实现自动光圈的效果，光圈如果开得比较小，自动电子快门就会自动调节到慢速状态，增加CCD感光时间从而增加画面的亮度，但是不可避免地会造成图像拖影现象；相应的如果光圈开得过大，进光量过多，造成画面很亮，那么自动电子快门就会自动调节到快速状态，减少CCD的实际感光时间，减少CCD上的电荷积聚量，平衡画面的亮度。

    宽动态摄像机

    目前市面上成熟的宽动态摄像机通常使用CCD二次或多次感光的方式成像，在明暗对比强烈的场合，摄像机首先用正常快门速度对场景曝光。这时，由于正常快门速度较慢，画面中较暗的物体将会正常成像，但是由于感光时间较长，场景中明亮的物体将显得亮度偏大，然后，摄像机用较快的快门再曝光一次，此时CCD感光时间不足，明亮物体的成像比较合适，但是原场景中较暗的物体将更暗，借助摄像机的DSP功能会把二副画面切割后组合起来，最终形成一幅原场景中明暗各部分物体亮度都比较合适的图像输出。

    由于宽动态摄像机不可避免地使用到正常速度的电子快门，所以在拍摄快速物体时就会产生拖尾，因此，不适合当作交通卡口摄像机使用，只适合用在小区门口等场合，这类场合车辆行进速度不快，同时由于夜间车灯和车牌的明暗对比相当强烈，而这恰恰正是宽动态摄像机适宜的应用场合。