[科普中国]-对比度控制

对比度控制，是指掌握图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量不越出范围，则差异范围越大代表对比越大，差异范围越小代表对比越小。

彩色电视摄像机的数字化动态对比度控制技术CCD摄像机所使用的CCD摄像器件普遍具有较大的动态范围，这使得CCD摄像机能够适应高对比度的拍摄环境。动态对比度控制(DCC一Dynamieeontrasteontrol)是利用CCD摄像器件动态范围大的特性，使CCD摄像机能够在高反差拍摄条件(包括拍摄具有高对比度的物体)下获得高质量的彩色图像的技术。

普通CCD摄像机系统可能达到的对比度表现范围由两个因素决定: 第一，为保证图像中暗部具有足够高的信噪比，故噪声电平决定了可重现场景中的最暗区域。第二，PAL系统的最大视频信号峰值为700mv。如果在具有很高对比度的拍摄环境中使用这种摄像机，当视频电平超过上述两电平限度时，其重现图像的质量将因对比度表现力下降而受到影响。例如当摄像机对准窗外的明亮场景进行拍摄时，由于窗内与窗外的光线电平不同，窗外的图像细节将因其视频电平过高而无法正常重现于图像监视器上。1

模拟动态范围压缩的措施分别对摄像机的每个色度通道设置“拐点“，随着视频电平的增加 ，根据其通道内视频电平是否高于拐点，每个通道中的视频电平将具有不同的增益。如果一个通道中的视频电平高于“拐点”而其它通道中视频电平没有高于“拐点”，则该通道的增益变化会打破原有R、G、B的比例，从而使图像产生色度偏移。为此，数字化动态对比度控制系统使用非相加电路和RAM，使所有三个色度通道的增益随RGB视频电平最大值的增加而降低。由于每一色度通道的压缩不是独立的，即在压缩过程中RGB的增益等量变化，结果在白电平附近实现了动态对比度压缩，同时不改变R、G，B的比例。所以随着视频电平的提升没有色度漂移出现，保持了彩色平衡，使重现图像具有正确而稳定的彩色。1

模拟方式动态对比度控制系统的压缩曲线数字化动态对比度控制系统。它主要包括控制最大增益、对比度压缩值等状态的主控制器、一个机内微处理器(用于动态对比度压缩曲线的计算)、用于改变黑电平的减法器、一个非相加电路、RAM查寻表和用于改变通道中视频增益的乘法器。在数学动态对比度控制处理系统中，传输通道中采用10bit数据，而在微处理器及RAM中则采用16bit数据以提高控制精度。当摄像机进行动态对比度控制时，机内主控制器根据摄像机控制面板的指令使数字处理系统进入工作状态。

RAM的读写地址与输入信号电平相对应。RAM的内容是校正后的电平数据，即连续非线性曲线的校正值，并由微处理器在场消隐期间预先写入。该校正值是微处理器根据上述对比度乘数因子计算关系得到的。当输入的处理信号(16bit) 加到RAM地址上时，对应于输入电平，输出RAM中相应地址的内容。根据关系，当逻辑乘法器输出的数据进入RAM后，RAM输出与之相应地址的校正数据，该数据与R、G、B各通道视频信号做相乘处理，使R、G、B视频信号被压缩相同程度。此过程循环进行，最终实现连续的非线性压缩，并且保证了对比度压缩过程中的彩色稳定。

数字化动态对比度控制技术，以其非线性校正精度高、彩色稳定的特点，消除了模拟方式动态对比度控制系统存在的问题，明显提高了摄像机输出信号质量。它对于普通摄像机和HDTV摄像机都是非常适用的。1

环形反馈系统在图象对比度控制中的应用建立四反射镜环形反馈系统的有关问题，探讨了利用环形反馈系统控制图象时比度变化的原理。2

工作原理设输入是无规则排列的多灰阶透明片，其中每两个透过率可组成 一个对比度C，若使A1固定使A2变动，则可求得输入对比度C的一组离散值，今设a，Ψ固定，则知，相应的输出C′将出现非线性变化。现调节稳压可变电源，使与M3相联接的压电晶体产生位移形变，进而使Ψ发生变化，则与不同的甲Ψ相对应的输出对比度C′的变化情况，若使A1取遍输入中的一切透过率值，则一切C值经系统处理后的对比度变化情况皆可清楚。分析过程中的一 部份计算结果曲线，其余可同理推证。

当A1=0.08，a= 0.75时，可得C′和C的关系曲线。虚线为输出对比度变化幅度为零的曲线，它代表输入对比度曲线。当A1=0.3，a= 0.75时，得C′和C′的关系曲线。

分析解析式和曲线可得结论：

与输入对比度相比较，当Ψ=0°时，输出对比度增长的幅度最大，当Ψ=180°时，输出对比度减小的幅度最大。2

损耗系数a对系数处理能力的影晌在a为定值的情况下进行的分析，当a改变时反馈系统处理能力的变化情况。通过分析情况可知，当Ψ=0°或Ψ=180°时，输出对比度增加或减小的情况为极值。现将Ψ固定在0°或180°，分析a改变时，输出对比度的变化情况，Ψ为其他定值时，a对系统处理能力的影响可同理推证。

又设A1 = 0.01，为定值，则当Ψ=0°，a为变值时，可得输入和输出的关系曲线，见a改变时的对比度关系曲线中的ι1，ι2。当Ψ=180°，a为变值时，可得输入和输出的另一组关系曲线，见ι3，ι4。当A1=0.3时，可得a改变时的对比度关系曲线。

分析a改变时的对比度关系曲线可知，与输入对比度相比较，当Ψ=0°时，随着a的增大，输出对比度增长的幅度也在加大，Ψ=180°时，输出对比度减小的幅度随着a的增大也在加大，即，a越大，输出对比度变化的动态范围就越大，也就是说，系统处理对比度变化的能力越强。当A1为其它定值时，可同理推得结论。欲获得较大的a值，可尽量提高高反镜的r值及付氏变换物镜的透射率。对于r1值，则要通过实验，适当选择，以保证系统有足够的输出光能进行观察和拍照，又有较强的处理能力。2

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学