與人眼相比，對于標(biāo)準(zhǔn)CCD和CMOS圖像傳感器來說，所有感光單元的曝光(收集光子)時(shí)間都是相同的。感光單元對景物明亮部分收集的光子較多，對陰暗部分收集的光子則較少。但是，感光單元能夠收集的光子數(shù)量卻受到阱容量(wellcapacity)的限制，所以捕捉物體較亮色調(diào)的感光單元有可能會(huì)溢出或飽和。為防止出現(xiàn)這種情況，可以減少曝光時(shí)間。但如果這樣做，捕捉物體較暗色調(diào)的感光單元可能又無法收集到足夠多的光子。因此，對于典型的單次曝光的圖像傳感器，其動(dòng)態(tài)范圍的上限受制于感光單元的阱容量，下限則受制于感光單元的信噪比。因此，CCD攝像器件的動(dòng)態(tài)范圍是指其輸出的飽和電壓與暗場下噪聲峰-峰電壓之比，即

　　動(dòng)態(tài)范圍=Usat/UNp-p(1)

　　(1)式中，Usat為輸出飽和電壓;UNP-P為噪聲的峰-峰值。

　　顯然，動(dòng)態(tài)范圍也可這樣來定義和計(jì)算，即由CCD勢阱中可存貯的最大電荷量和噪聲所決定的電荷量之比;其數(shù)值也是輸出端的信號峰值電壓與均方根噪聲電壓之比(通常用dB表示)，即

　　動(dòng)態(tài)范圍=USp-p/UNp-p(2)式(2)USp-p為輸出信號峰值電壓。

　　因此，寬動(dòng)態(tài)就是場景中特別亮的部位和特別暗的部位同時(shí)都能看得特別清楚，寬動(dòng)態(tài)范圍就是圖像能分辨最亮的亮度信號值與能分辨的最暗的亮光信號值的比值。

　　顯然，確定攝像機(jī)成像器的動(dòng)態(tài)范圍的方法主要有兩種：一種是使用傳感器和圖像處理器中基本電路的相關(guān)信息由上述公式計(jì)算得出;另一種是使用灰階測試卡和實(shí)驗(yàn)儀器來收集和觀察圖像，并測量影像級別的方法得出。盡管采用計(jì)算的方法可在理論上算出動(dòng)態(tài)范圍的極限值，但通常人們還是傾向于使用測量的方法，因?yàn)樗芊从秤脩魧?a class="contentlabel" href="http://m.ptau.cn/news/listbylabel/label/攝像機(jī)">攝像機(jī)成像效果的實(shí)際體驗(yàn)。下面就具體介紹國外三大廠家對攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的實(shí)際測試方法。

　　JVC的動(dòng)態(tài)范圍測試方法

　　對攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的測試方法可能不盡相同，但其測試原理大同小異，這里介紹JVC的一種基本測試方法如下：

　　測試攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍所需的設(shè)備及條件

　　測試攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍所需要的設(shè)備如下5點(diǎn)：

　　·透射灰度卡與反射灰度卡;

　　·亮度可調(diào)的背光燈箱與亮度可調(diào)的照射光源;

　　·視頻監(jiān)視器與波形監(jiān)視器;

　　·測光表或照度計(jì);

　　·標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)鏡頭等。

　　測試攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的條件：需要在暗室內(nèi)進(jìn)行。

　　測試攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的基本方法與步驟

　　·第一步：在暗室中一桌子的同一垂直平面上安裝2套雙階灰度測試卡，其中1套透射灰度卡采用亮度可調(diào)的背光光源作為恒定參照，調(diào)整背光源亮度，確保自正面中心確認(rèn)白塊表面的發(fā)散照度為2500Lx;另外1套反射灰度卡采用位于其正面的亮度可調(diào)的照射光源，以用于測定動(dòng)態(tài)范圍的臨界值;

　　·第二步：架設(shè)待測攝像機(jī)與灰度測試卡中心同水平面高度，并保持與灰度測試卡垂直平面呈90°夾角，同時(shí)使攝像機(jī)鏡頭視角能涵蓋2套灰度測試卡;

　　·第三步：將攝像機(jī)的輸出信號連接到視頻監(jiān)視器與波形監(jiān)視器;