Запатентованная компанией Pixim технология DPS (Digital Pixel System) знаменует собой фундаментальный прорыв в технике получения изображений. Основываясь на технологии, разработанной Стэнфордским университетом в 90-е гг. прошлого века, компания Pixim создала прибор, обеспечивающий получение и обработку высококачественных изображений с улучшенным динамическим диапазоном. Больший динамический диапазон существенно улучшает качество изображения, на котором одновременно присутствуют светлые и темные области.
Сущность изобретения DPS состоит в введении аналого-цифрового преобразователя (ADC – АЦП) для обработки каждого пикселя светочувствительного сенсора. АЦП преобразует световой сигнал в цифровое значение непосредственно в точке формирования изображения, благодаря чему минимизируются потери сигнала и взаимное влияние элементов матрицы, становятся возможными методы значительного снижения шума. Поскольку данные реализуются в цифровом формате, для оптимального воспроизведения изображения могут использоваться различные методы цифровой обработки сигнала.

Сущность DPS
Для достижения несравнимого качества изображения в технологии DPS компании Pixim используется техника получения информации, известная как метод многократной выборки (multi-sampling). В пределах отдельного поля (которые в видео сменяются 50 или 60 раз в секунду) каждая ячейка (пиксел) независимо от других многократно измеряется без разрушения его заряда. Система формирования изображения определяет оптимальное время выборки и запоминания информации о пикселе до момента, когда ячейка уже насыщена и больше не может удерживать дополнительный заряд. На чертеже слева освещенная ячейка (light pixel) запоминается в момент Т3, в последний момент выборки перед 100%-ным насыщением. Темная ячейка (dark pixel) накапливает заряд более медленно, поэтому ей требуется дополнительное время до того, как произойдет выборка и запоминание в момент Т5. Запомненные информационные данные (яркость, время, уровень шума), полученные для каждой ячейки, параллельно обрабатываются и преобразуются в высококачественное изображение. В этом отличие от остальных технологий, в которых устанавливается одно общее время экспозиции для всего кадра, и в это время осуществляется выборка по всем пикселам, в результате чего на изображении некоторые пикселы оказываются с недостаточной экспозицией (слишком темные), а некоторые – с избыточной экспозицией (слишком светлые). Обозначения на чертеже: по оси ординат – процент преобразованного светового потока, по оси абсцисс – времена выборки (типовая экспозиция).

Глаз и мозг
Первое изделие компании Pixim на базе DPS-технологии – D2000 Video Imaging System содержит в себе цифровой светочувствительный сенсор и цифровой процессор обработки изображения. Цифровой сенсор и цифровой процессор действуют аналогично тому, как взаимодействуют глаза и мозг человека для получения максимально возможного качества изображения. Также точно, как мозг человека, входящего в темную комнату, дает команду глазам расширить зрачок, чтобы получить больший поток света, так и цифровой процессор загружает в сенсор новый код для изменения не только времен экспозиции, но и действующих алгоритмов получения изображений. В результате формируется наилучшее изображение при данных специфических параметрах изображения и условиях освещения.

Каждая ячейка – видеокамера
Поскольку каждая ячейка (pixel) имеет свой собственный АЦП, а информация формируется и обрабатывается независимо, то в результате каждый пиксел действует как отдельная видеокамера. Время экспозиции для каждого пиксела настраивается для отработки уникальных условий освещения каждой ячейки в матрице светочувствительного сенсора. Прибор, построенный на базе DPS, по существу, содержит сотни тысяч отдельных видеокамер, каждая из которых формирует наилучшее изображение. Затем эти изображения объединяются для создания высококачественного видеокадра или изображения.
Поскольку техника формирования изображений продолжает развиваться в сторону целиком цифровых систем, система оцифровки пикселей DPS компании Pixim обеспечит получение и обработку высококачественных изображений в видеокамерах и цифровых фотоаппаратах.

pixim
Перевод Юрия ГЕДЗБЕРГА
security-bridge/articles/10/324/


Камеры, работающие на основе технологии PIXIM, доступны и потребителям российского рынка. Представляем некоторые модели.

Цветная камера Smartec STC-2008 с PIXIM®-матрицей и WDR до 120 дБ
Высокочувствительная цветная камера STC-2008 торговой марки Smartec оснащена 1/3-дюймовой PIXIM-матрицей с разрешением 720 х 540 пикс. и производится на заводах Японии. За счет использования PIXIM-технологии эта камера видеонаблюдения может работать в широком динамическом диапазоне до 120 дБ и будет наиболее эффективна на объектах с постоянно изменяющейся освещенностью, включая уличные условия. STC-2008 имеет чувствительность 1 лк, а в режиме накопления кадров до 0,03 лк, разрешение – 520 ТВЛ, автоматическую/ручную настройку баланса белого, АРУ и функцию компенсации встречной засветки, которые позволяют ей формировать максимально качественное изображение при различных условиях видеонаблюдения. При этом STC-2008 может работать с любыми объективами, диафрагма которых управляется видеосигналом или сигналом постоянным тока. Благодаря мультисемплингу и цифровой обработке видеосигнала камера полностью компенсирует искажения изображения, вызванные встречной засветкой или ярким фоном, резкими перепадами освещенности, а также изменения цвета при слабом или излишне ярком свете.

ZC-DW4312PHA (GANZ)
Модуль камеры в купольном корпусе. CMOS-матрица с технологией PIXIM, 720 х 540 пикс., PAL. ИК-корректированный варифокальный объектив 3,3–12 мм.
Разрешение – 520 ТВЛ, мин. освещенность – 1,3 лк (F1.4). Управление диафрагмой DC.
Угол обзора – 89,8–23,9°. Широкий динамический диапазон – 120 дБ, 17 бит.
Напряжение питания – 12 вольт постоянного/24 вольт переменного тока.
Благодаря трехосному механизму камера может быть правильно направлена как при установке на стене, потолке, так и любой наклонной поверхности.
Всё управление и настройки выполняются через меню на экране.
Благодаря встроенному Pixim-сенсору, камера ZC-DW4312PHA производит оптимально контрастное изображение внутри помещения, а ZC-DWT4039PHA – снаружи. Функция широкого динамического диапазона работает даже в самых тяжелых условиях освещенности и автоматически вычисляет идеальные значения для своей работы, чтобы всегда обеспечивать изображение высокой четкости высшего качества.

Цветная купольная камера с расширенным динамическим диапазоном SRD-VF540PD на базе матрицы Pixim
В видеокамере применяется инновационная технология обработки видеосигнала Pixim/DPS, которая использует аналого-цифровой преобразователь непосредственно в каждом пикселе матрицы и микропроцессорную обработку сигнала в режиме реального времени. Между сигнальным процессором и матрицей происходит двусторонний высокоскоростной обмен данными,что дает возможность адаптивного управления параметрами работы каждого отдельного светочувствительного элемента, получая за счет этого максимально чистое и более информативное изображение.
Благодаря этой технологии достигается сверхширокий динамический диапазон (Ultra Wide Dynamic Range – UWDR), в сотни раз превышающий возможности традиционных камер. Несмотря на любые перепады освещения, камера обеспечивает получение изображения высокого качества без пересвеченных или затемненных зон.
Рабочий модуль SRD-VF540PD способен поворачиваться в 3 плоскостях, поэтому камера может быть установлена в любом месте и положении, обеспечивая обзор необходимой области.

Цветная видеокамера CCWC1345 (Siemens)
Цветная видеокамера CCWC1345 обладает высоким динамическим диапазоном в 120 дБ, 32-битной системой DPS (Digital Pixel System), встроенным детектором движения, горизонтальным разрешением более 500 ТВЛ, выходом для передачи видеосигнала по витой паре (UTP), чувствительностью 0,5 лк, регулировкой заднего фокуса.
Камера CCWC1345 использует сенсор, выполненный по технологии CMOS (КМОП), и 32-разрядный DPS-набор микросхем Pixim D2500, который превращает луч света в цифровой сигнал от каждого пикселя, позволяя получать независимо оптимизированное время экспозиции для каждого пикселя. Это обеспечивает предельную четкость изображения и точное совпадение цветов. Данный набор микросхем позволяет фиксировать мельчайшие детали при видеозаписи даже в условиях плохой видимости.
Применение микросхем Pixim значительно расширяет динамический диапазон камеры, что отличает камеру CCWC1345 от аналогов, выполненных по обычным технологиям. Главное преимущество технологии PIXIM – возможность получения изображения хорошего качества даже при работе в условиях сильной засветки – там, где другие камеры будут полностью «ослеплены».

Уличная камера с матрицей Pixim Camclosure IS110 (Pelco)
Миникупол серии Camclosure IS110 имеет функцию WDR и встроенный ИК-фильтр. Реализуемый на данной схемотехнике режим день/ночь позволяет эффективно использовать данную камеру как днем (чувствительность 0,8 лк), так и ночью (0,08 лк, в режиме SENS 8X до 0,02 лк).
Использование технологии Pixim позволяет эффективно справляться с проблемой освещенности в ночное время. Пример идеального места использования такой камеры - уличная парковка, где в ночное время резко меняется освещенность (засветка фарами и т.п.), и нужно осматривать неосвещенные участки.
Для надежной и эффективной работы в уличных условиях данная камера имеет все необходимое: автоматическую диафрагму, встроенный варифокальный объектив (3,0 – 9,5 или 9,0 – 22 мм), антивандальный алюминиевый кожух и поликарбонатный купол.
Кроме того, модель имеет встроенный передатчик видеосигнала по витой паре, что тоже очень удобно для уличного применения.