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发布日期：2022-09-17 01:07:09 点击次数：
数字像素系统(DPS)技 技 数字像素系统 Pixim 公司的数字像素系统(Digital Pixel System, DPS)技术是一个突破性成 像系统，该技术极大地增强了众多应用中的视频和静止图像的捕捉能力。DPS 技术扩展的动态范围、快速读出速度、系统级芯片集成能力以及低工作功率是现 有图像捕捉和处理技术的一个极大的进步。 固态图像传感器技术可以追溯到上世纪六十年代晚期第一个电荷耦合器件 (CCD)的发明。1990 年出现了 CMOS 活动像素传感器(APS)，随后 DPS 平台 开始发展。 DPS 技术的发明源于斯坦福大学(Stanford University)长达八年以 上的研究工作。 数字像素系统将 Pixim 公司新兴像素架构的固有优势与嵌入式处理器设计的新 进展结合起来， 可向制造商提供能够轻松整合到各种下一代产品的先进成像系统。 图像系统类型 图像传感器一般分为三大类：CCD、CMOS APS 以及 Pixim 的数字像素系统技 术。CCD 传感器是原始的图像传感器技术，它需要复杂的实现系统和高制造成 本的工艺，从而限制了其在许多市场中的发展。上世纪九十年代早期，随着新兴 CMOS 制造技术的出现，CMOS APS (活动像素传感器)产品得到发展，并成为 低端市场中 CCD 传感器的主要替代产品。DPS(数字像素系统)产品则源于上世 纪九十年代中期斯坦福大学(Stanford University)的技术突破。 相比现有技术，DPS 技术可以提供增强的功能，包括： ．单次日光过程中图像的多级采样，可获得高帧速率和宽动态范围； ．数字地采样，可获得高分辨率和图像品质； ．集成图像处理功能，可减少功耗和占板面积； ．温度和空间过滤，可获得清晰图像； ．超低功耗； ．高信噪比。
相比 CCD 和 CMOS APS，DPS 平台可以大幅改进图像品质，并给相机设计工 程师和制造商带来更多灵活性。 数字像素系统技术 在多变的光照环境和宽动态范围场景中往往同时有暗区和亮区， 而数字像素系统 的独特架构和紧密结合的成像软件在这种环境下仍然可以提供出色的图像品质。 相比电荷耦合器件(CCD)或 CMOS 活动像素传感器(APS)，在类似的录像机应 用中采用 DPS 技术将获得质量得到大幅提高的宽动态范围图像。 Pixim 最初的基于 DPS 技术的产品线由高集成度双芯片集组成，包括数字图像 传感器和数字图像处理器芯片。芯片互连和用户接口的布局相当简单。用户接口 包括可定制菜单式在屏幕显示(OSD)、开关和电位计，组合形式多种多样。 制造商可以定义哪些设置用于用户控制，哪些设置是固定的，由工厂设置。必要 时，固定设置可以被锁定，以便这些设置无法被找出或被更改。另外，基于 DPS 技术的相机还具有以下功能： ．可编程曝光控制，可配置噪声抑制和更宽的动态范围； ．数字视频输出和/或模拟复合视频输出； ．其它传感器一般会出现的固定模式噪声问题得到缓解； ．采用图像处理器芯片提供的数字信号处理功能包括数字全景/倾斜/缩放、自动 白平衡和颜色校正。 台湾威健提供 Pixim 芯片和照相机参考设计 2007 年 9 月，Pixim 和台湾威健实业股份有限公司（Weikeng）结成合作伙 伴关系，Weikeng 为监管视频提供 Pixim 芯片和照相机参考设计，双方共同解 决对配备 Pixim 芯片的安全相机的日益增长的需求，特别是来自 TCP/IP 和网 络市场的需求。
Weikeng 提供 Pixim 全套家族系统，其中包含摄像传感器、图像处理器、相机 参考设计包、关键软件和运算法则，便于照相机生产商设计与开发高质量的先进 照相机。 Pixim 公司的数字像素系统(Digital Pixel System, DPS)技术是一个突破性成 像系统，该技术极大地增强了众多应用中的视频和静止图像的捕捉能力。DPS 技术扩展的动态范围、快速读出速度、系统级芯片集成能力以及低工作功率是现 有图像捕捉和处理技术的一个极大的进步。 固态图像传感器技术可以追溯到上世纪六十年代晚期第一个电荷耦合器件 (CCD)的发明。1990 年出现了 CMOS 活动像素传感器(APS)，随后 DPS 平台 开始发展。 DPS 技术的发明源于斯坦福大学(Stanford University)长达八年以 上的研究工作。 数字像素系统将 Pixim 公司新兴像素架构的固有优势与嵌入式处理器设计的新 进展结合起来， 可向制造商提供能够轻松整合到各种下一代产品的先进成像系统。 图像系统类型 图像传感器一般分为三大类：CCD、CMOS APS 以及 Pixim 的数字像素系统技 术。CCD 传感器是原始的图像传感器技术，它需要复杂的实现系统和高制造成 本的工艺，从而限IM电竞APP制了其在许多市场中的发展。上世纪九十年代早期，随着新兴 CMOS 制造技术的出现，CMOS APS (活动像素传感器)产品得到发展，并成为 低端市场中 CCD 传感器的主要替代产品。DPS(数字像素系统)产品则源于上世 纪九十年代中期斯坦福大学(Stanford University)的技术突破。 相比现有技术，DPS 技术可以提供增强的功能，包括： ．单次日光过程中图像的多级采样，可获得高帧速率和宽动态范围； ．数字地采样，可获得高分辨率和图像品质； ．集成图像处理功能，可减少功耗和占板面积； ．温度和空间过滤，可获得清晰图像；
．超低功耗； ．高信噪比。 相比 CCD 和 CMOS APS，DPS 平台可以大幅改进图像品质，并给相机设计工 程师和制造商带来更多灵活性。 数字像素系统技术 在多变的光照环境和宽动态范围场景中往往同时有暗区和亮区， 而数字像素系统 的独特架构和紧密结合的成像软件在这种环境下仍然可以提供出色的图像品质。 相比电荷耦合器件(CCD)或 CMOS 活动像素传感器(APS)，在类似的录像机应 用中采用 DPS 技术将获得质量得到大幅提高的宽动态范围图像。 Pixim 最初的基于 DPS 技术的产品线由高集成度双芯片集组成，包括数字图像 传感器和数字图像处理器芯片。芯片互连和用户接口的布局相当简单。用户接口 包括可定制菜单式在屏幕显示(OSD)、开关和电位计，组合形式多种多样。 制造商可以定义哪些设置用于用户控制，哪些设置是固定的，由工厂设置。必要 时，固定设置可以被锁定，以便这些设置无法被找出或被更改。另外，基于 DPS 技术的相机还具有以下功能： ．可编程曝光控制，可配置噪声抑制和更宽的动态范围； ．数字视频输出和/或模拟复合视频输出； ．其它传感器一般会出现的固定模式噪声问题得到缓解； ．采用图像处理器芯片提供的数字信号处理功能包括数字全景/倾斜/缩放、自动 白平衡和颜色校正。 台湾威健提供 Pixim 芯片和照相机参考设计 2007 年 9 月，Pixim 和台湾威健实业股份有限公司（Weikeng）结成合作伙 伴关系，Weikeng 为监管视频提供 Pixim 芯片和照相机参考设计，双方共同解 决对配备 Pixim 芯片的安全相机的日益增长的需求，特别是来自 TCP/IP 和网 络市场的需求。
Weikeng 提供 Pixim 全套家族系统，其中包含摄像传感器、图像处理器、相机 参考设计包、关键软件和运算法则，便于照相机生产商设计与开发高质量的先进 照相机。 多年来金融行业一直是重点安全防范单位。 它作为当今社会货币的主要流通场所、 国家经济运作的重要环节， 以其独特的功能和先进的技术广泛服务于国内各行各 业中，其业务涉及大量的现金、有价证券及贵重物品。同时它也一直是各种犯罪 分子关注的焦点。在金融行业，盗窃与反盗窃、抢劫与反抢劫、诈骗与反诈骗、 贪污与反贪污随着银行业的发展也同步发展，犯罪活动日趋上升，犯罪手段和方 式也逐渐多样化、暴力化、智能化。全球金融行业迫切需要安防新技术以保障日 益增加的安全方面的需求， 这也推动了全球知名的监控产品制造商对新技术的研 发和应用。
在金融行业安全防范方面，监控系统是最重要的部分，监控摄像机就是监 控系统的眼睛，因此在选择时应该考虑几个因素：
①根据具体应用环境和监控目标选择参数指标能满足监控需求的摄像机， 确保在监控时段内监控画面的色彩真实还原、图像高清晰度、适应强光线变化的 宽动态范围，这样后端设备才能高质量的记录和重现监控现场的画面，可为突发 事件提供有用的佐证。
②产品的高可靠性，产品应该适应各种复杂的环境变化。如遇特殊或意外 事件引起的震动冲击、 温度湿度巨变、 强烈光线变化等对摄像机正常工作的影响； 如摄像机在使用一段时间后画质和色彩变坏，将严重影响监视和记录效果；如摄 像机经常出现故障，将可能遗漏重要的监控画面，同时增加维护费用。
③尽量减少使用需要人为操控的摄像机。因为在日常使用中，监控人员要 监看很多画面，正常监看画面都会错过很多有用画面。应该多利用机器的智能侦 测和分析功能给监控人员提供有价值的信息。
在近几年，银行监控系统经常出现令人头疼的一些问题，那就是一年四季 每天不同的时间段经常出现强烈逆光、光线明暗变化大，图像明亮部分和暗的部 分不能像人类眼睛那样同时看清，在强逆光时图像大部分信息遗漏。对于这些问 题，全球知名摄像机制造商开始推出宽动态摄像机来解决问题。CCD 摄像机已经 发展了几十年，CCD 宽动态技术也已经发展到第三代，并取得了很好的宽动态效 果。另一种宽动态技术是 DPS，这是一种全新的、革命性的成像技术，尽管它刚 刚应用几年，但其先进的原理、良好宽动态效果已经让人们惊喜，同时对这种技 术的发展有着美好的憧憬。
Pixim DPS 成像技术已经被越来越多的摄像机制造商采用，它是继 CCD 成像器件之后应用最多的新技术成像传感器件。CCD 成像技术是在上世纪 60 年 代开始应用，它从青春期走到成熟期，它的基本原理使它无法取得重大的技术突 破。Pixim DPS 成像技术刚刚出世就以超级宽动态性能被众多知名摄像机制造商 接受，他在原理上要比 CCD 先进得多，尽管他现在还很年轻，不能叱咤风云，但 未来是属于他的。 DPS 技术商业化后， 芯片组从 D1000、 D1500、 D2000 到 D2500， 图像清晰度从 480 线， 典型宽动态从 95dB 到 102dB。 DPS 技术宽动态范围能达到 120dB ，而目前 CCD 摄像机的宽动态范围最大的是 54dB。 尽管年轻的 DPS 技术在某些方面还不如
CCD 技术那样成熟， 只能推出几种芯片组， DPS 摄像机在与基本参数接近的 CCD 但 摄像相比，其宽动态性能是绝对优秀的。
Pixim 公司开发研制出一种优于传统 CCD 的有专利的 DPS 成像技术，它标 志着图像技术在基础原理上的突破。DPS 技术由美国斯坦福大学电子工程学教授 Abbas el Gamal 与其带领的博士研究生 David Yang 于 1993 年开发而成，于 1999 年创立的 Pixim 公司。 自此以后,Pixim 公司对 DPS 概念和技术申请了 56 项专利 ， 其中 42 项已经生效。
在像素刚开始曝光的最早期的可能时间点，DPS 技术使得每幅图片中的像 素的光能转换成数字信号。一个模拟量转换到数字量的转换器（ADC），被设计 到每个像素中，并与传感器中每个像素的 ADC 同时进行操作。这个像素的 ADC 构造允许使用很多并联低速电路，在接近于光电二极管信号产生的地方运行，这 对优化每一个像素里的信噪比比率至关重要。
DPS 系统每一个像素里使用单独的 ADC，完成在每个像素里非破坏性又相 互关联的双倍取样。在每一次图像捕捉期间，DPS 使用这个性能在每个像素里对 不断增强的光的强度进行多次抽样。 这就使得每个像素的曝光水平将由收集到的 电荷的变化率来决定，而不是仅由它的绝对量决定。每个像素同样拥有可调整的 取消偏移量放大器，以确保通过传感器队列做出一致的反应。这些创新减少了由 于在 APS 上纵向排列不同值 ADC 引起的固定模式的噪音。
DPS 传感器是数字的，因此像素读取更快而且更准确。每个数字图像取样 被捕捉到芯片 RAM 上。 由紧密连接的局部存储器提供的高带宽被用于取得超级宽 动态范围。这个方法对于 CCD 或者 APS 传感器都是不能完成的，因为他们依赖模 拟的读出电路。DPS 却可以从每个像素数字取样中获得很多好处。
宽动态范围实质上是在所有光照条件下捕捉图像细节。 由于剧烈光线反射、 耀眼的光照、车前灯和直接的太阳光，使监视摄像机监控画面受到动态范围的影 响。通过取得非破坏性的多次取样的图像捕捉能力和高级的图像处理算法，DPS 取得了很高的宽动态范围。
当曝光发生时，每个像素依撞击每个像素光线强度的比例进行电荷积累。 一个强光源对一个像素充电要比一个若光源快得多。 现有的模拟技术对所有的像 素使用单一曝光，在曝光结束后，摄像机在每个像素上感应到积累的全部电荷。 在曝光的快结束的时候，摄像机将在每个像素里感觉到整个的聚集电荷。这就意 味着一些像素（亮光）可能感光过度而其他像素（暗光）可能曝光不足。
DPS 通过以下方法解决这个局限性：使用 DPS，在曝光期间，对于光线照 射每一个像素采用多次取样。DPS 分析出每个像素在光照射下充电速度。使用这 个方法，在整个曝光期间，DPS 按充电电荷增长和整体电荷积累的混合速率测量 光的强度。
特别是，DPS 系统记录每个像素曝光接近饱和时所需的时间长度。曝露在 强光下的像素趋近于饱和的速度远超过其它象素。DPS 测定每个像素在下次抽样 前是否饱和。如果一个像素将饱和，它的曝光所用的时间和它当前的电荷强度被 记忆储存。
当大家认识到整个范围内的每个独立的像素以及像素电荷改变的速率被 用来成像时，很大程度上增加了动态范围以及所捕捉到的信噪比，这个方法的优 点才将显现出来。其它技术只是测量了像素值，而没有涉及到变化率。
Pixim 的 DPS 技术使用被称为“多点采样”的技术，这个技术用于收集信 息，以实现无可匹敌的图像质量和高品质动态范围。在一个单独的捕获画面（在 视频中一般每秒 50 到 60 次），每个像素被独立地无破坏性地多次取样。成像系 统决定最佳取样时间和在像素饱和前存储像素信息，并不再保留额外的电荷。在 下面图表中，亮的像素被存储在时间轴 T2，在它达到 100%饱和前的最近一次抽 样时间。
暗的象素积累电荷更慢一点而且将用更多的时间直到它被取样存储在 T6。 每个象素捕捉到的存储信息值（强度、时间、噪波弥补）被并行处理，然后转换 成高质量的图像。
CDD 摄像机的制造技术已经相当成熟，但高品质高质量摄像机还是出自一 些知名的摄像机制造商。Pixim DPS 摄像机依然遵循这个原则。世界著名的专业 摄像机制造商日本池上公司将其在全球领先的摄像机制造技术和摄像机视频技 术与 Pixim DPS 成像技术相结合，在 2005 年 10 月在全球推出的 DPS 宽动态摄 像机 ASD-A10，在欧洲和美国被广泛应用在金融行业。 1、最低照度：1Lux/F1.4（AGC ON 50IRE），0.75Lux/F1.2（AGC ON 50IRE0.03Lux/F1.4, 0.022Lux/F1.2 (电子灵敏度提升功能：最大 32 倍)。
3、背光补偿具有 4 个选项，①OFF，没有背光补偿；②ON，通常全范围背 光补偿；③1SPOT，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。通过调整背光补偿和宽动态范围大小，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 AGC 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。在 不同的应用环境，通过调整选择最佳的增益方式。
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。⑤SLOW SHUTTER 慢快门电 子灵敏度，有 X2、X4、X8、X16、X32 五档选择。对于监控目标移动速度不高时， 可以用灵敏度提升的方式来提升照度指标。
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， ATW 模式相比略有褪色； 与 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。
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IM电竞APP。
我们在电视里经常看到公安机关通缉的犯罪嫌疑人在银行营业厅作案的 画面，但很多细节很模糊，需要广大群众根据画面犯罪嫌疑人的简单特征提供有 用的线索。为什么不能拍摄清晰的画面？
银行营业网点一般都位于临街路边， 大厅光线充足， 用户接待台面向窗户， 顾客则背向窗户。
监控摄像机需要监看和记录的目标是营业员的工作过程、 用户的面部细节、 大厅里人员活动的细节、营业厅窗外的人、物细节及顾客从营业厅外进入营业厅 及从营业厅里离开到外面等全程。金融系统营业厅一般营业时间是早 9：00 到晚 6：00，在春、夏、秋季的营业时段内室外光线很充足，只在冬季有短暂的时间 完全依赖灯光照明。在这么长的时间段，光线明暗变化明显，室内外光线反差巨 大，又有照明灯光，监控摄像机又处于逆光拍摄，用普通的摄像机是不能拍摄出 明暗反差大的局部细节，监控不到满意的图像。这种监控环境下，需要的不是摄 像机具有多低的照度指标，而是需要摄像机具有很好的宽动态性能，很好的色彩 还原和高清晰度。
对于 ATM 机，很多安放在室外，它是 24 小时对顾客营业的，用于 ATM 的 摄像机不仅需要更好的宽动态指标还要有足够的低照度指标。 用于金融安防系统 场所的监控摄像机，也应该选用宽动态摄像机，这是金融安防系统本身的特点所 要求的。
下面是普通 CCD 摄像机和 DPS 摄像机同时拍摄的珠宝店失窃的几幅图片：
从上面的 4 幅图片看出， 普通 CCD 摄像机拍摄的图片不能记录犯罪嫌疑人 在实施偷窃前在室外的举动，犯罪嫌疑人进入室内后人物的局部细节模糊，偷窃 过程细节不清，犯罪嫌疑人出门后IM电竞APP，无法看清室外图像。而 DPS 摄像机可以清 晰地记录犯罪嫌疑人作案的全过程。
将成为摄像机的基本功能，各种新技术的发展应用，使摄像机达到像人眼 那样在各种环境下自如调节，获得高清晰度、高色彩还原度、高宽动态范围的优 质画面。
Pixim 的 CEO Joe Montalbo 说：“池上 ISD-A10 摄像机选用 DPS 技术是 理想的选择，实际的主体和目标识别是很重要的，例如在银行营业部门和 ATM 机场所。Pixim 的 DPS 技术采用将有助于用户损失降到最小，在刺眼和不可预料 的光线条件下，拍摄出清晰图片，有助于抓捕更多的犯罪嫌疑人。”
池上美国电子公司总裁 Teruo Hongo 说过：“有效的监视需要一致地、准 确地、实时地识别主体和目标，DPS 技术使得我们的新产品 ISD-A10 摄像机即使 在强光下也能拍摄出具有高清晰细节的低光斑图像。一般在 24 小时内，因为光 线变化的原因，很多场所的监控摄像机没有能够全部捕捉到精确的图像。比如曝 露在闪烁光、 强烈的背景光、 反射光、 斜射光、 太阳直射或者是明亮的车前灯光。 为什么许多用户在新增或更换原有摄像机时都采用具有 DPS 技术的摄像机， 是由 于在实际使用环境中普遍存在光线问题。池上准备以后在更大范围内推广基于 DPS 芯片的摄像机。”
在世界范围， 很多使用 DPS 宽动态摄像机的金融行业用户都给这种新技术 摄像机高度评价，尤其是在欧美国家，在老监控系统更新换代时或新建扩建监控 系统时，首先考虑使用宽动态摄像机。在我国几大银行在全国各地有成千上万的
营业网点，其中已经有部分营业网点的监控系统使用宽动态摄像机，他们认为宽 动态摄像机很好地解决了强烈外部光线变化使得监控画面丢失重要信息的问题， 今后监控系统的改建扩建将着重考虑带有宽动态功能的监控摄像机。
