與人眼相比，對(duì)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(duì)景物明亮部分收集的光子較多，對(duì)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(duì)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(chǎng)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(shì)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(hào)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(hào)峰值電壓。

　　因此，寬動(dòng)態(tài)就是場(chǎng)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(hào)值與能分辨的最暗的亮光信號(hào)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(cè)試卡和實(shí)驗(yàn)儀器來收集和觀察圖像，并測(cè)量影像級(jí)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(cè)量的方法，因?yàn)樗芊从秤脩魧?duì)攝像機(jī)成像效果的實(shí)際體驗(yàn)。下面就具體介紹國(guó)外三大廠家對(duì)攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的實(shí)際測(cè)試方法。

　　JVC的動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試方法

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

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

　　測(cè)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(cè)光表或照度計(jì);

　　·標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)鏡頭等。

　　測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定動(dòng)態(tài)范圍的臨界值;

　　·第二步：架設(shè)待測(cè)攝像機(jī)與灰度測(cè)試卡中心同水平面高度，并保持與灰度測(cè)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(cè)試卡;

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