Cheetah是Imperx公司推出的第一个高性能CMOS产品线，该系列相机具有非常高的帧速，高分辨率，低噪声，宽动态范围，优良的近红外灵敏度，同时具备高度灵活的架构支持各类应用。Cheetah系列相机配备智能化的宽动态范围(WDR)技术， CMOS技术消除了超亮强度下的谱线以及非理想照明应用下的镜面反射，大大提升了图像质量。该产品线是为机器视觉，侦察监视，航空航天和智能交通中恶劣环境及高速高分辨率应用而设计， 600万，1200万及2500万三种分辨率可选。
　　一．构成该相机的芯片
　　由KAC12040 12MP and KAC-06040 6MP CMOS 芯片制造的Cheetah C4080 and C2880型号的相机可实现高帧数。这两款芯片为Global Shutter曝光模式，可分别达到70帧（每帧12M）和160帧（每帧6M）并且成像不会出现模糊。芯片本身具有高反光晕能力可抑制高强度光源带来的像素溢出。这些特征使得该型号相机在可控制光亮的环境下很好的应用于高速图像捕捉，但在户外场景中将面对某些挑战，在白天通常需要相机具有更高的动态范围。IMPERX已经创新的应对这一挑战。
　　内部景象动态范围是一个强度的范围，可由相机在捕捉单张图像时获取。这个通常由相机固有动态范围（信噪比）所限制。例如芯片带有10000个读出电子以及10个读出噪声的动态范围为1000:1.该动态范围相当于60dB。在这种情况下,它可以记录图像强度特征范围最大可达1000 x。
　　Cheetah C4080 and C2880图像传感器在全局曝光模式下拥有读出电子17000和读出噪声25，这意味着在全局曝光模式下芯片的固有动态范围为680:1（相当于57dB）.虽然该动态范围已经适用于某些应用，但某些更高应用需要同时获得最暗和最亮区域的细节，因此需要更高的动态范围。
　　二．实现高动态范围（WDR）的算法
　　实现高动态范围的一个方法是通过采取几张不同曝光时间下的图像，然后将这几张图像进行结合实现一张高动态范围的图像。该方法适用于无运动的场景以及有足够的预留时间供图像的合成处理。但是高动态范围的应用会涉及到相机或者目标观测物的移动，这种情况下多个连续曝光将会导致图像模糊。Cheetah相 机使用拥有专利的算法，在单张图像中使用多点曝光扩展了芯片的动态范围同时消除运动带来的模糊影响，已经应用于高速监控和追踪。该算法通过有效的评估每个像素点为亮像素点设置短曝光，暗像素点设置长 曝光。用户可以完全在黑暗区域和明亮区域分别设置有效的曝光时间。有趣的是，用户不需要确认哪些像素是亮或者暗，相机本身会去确认这些细节。用户通常只需定义图像中的黑暗区域和亮区域占整体区域的百分比值。从而可以在图像中捕捉到两个不同强度值的斜坡点。
　　下图展示了Cheetah相机高动态范围的应用

　　图1：未使用WDR模式：黑暗区域可见，亮色区域过曝          　　图2：使用WDR模式：亮色和黑暗区域都可正确曝光
　　三．双重曝光举例
　　如上图1所示：设置曝光时间为10ms时，图像中的颜色对比板可以正常成像而白色箱子会过曝；设置曝光时间为250us时，白色箱子区域可以正常成像而颜色对比板区域将太黑。这种请况下我们会希望使用具有高动态范围的相机达到在同一个图像中同时实现长曝光和短曝光。
　　使用拥有高动态范围的能力的Cheetah相机，我们可以分配全部像素的一部分（比如30%）作为黑暗区域，并且设置该部分的曝光时间为10ms。把剩下的70%作为明亮区域且设置该部分的曝光时间为250us。最终可以实现在一帧图像中具有两种不同强度的斜坡（slopes）.
　　四．WDR模式下相机的动态范围值
　　在WDR模式下相机能够实现动态范围的提升，下面以相机Cheetah C4080为例计算WDR模式下动态范围的值。不打开WDR模式时，相机芯片满载正常电子为17000个伴随着25个电子噪声。如果用户把整幅图像的30%作为黑暗区域并且设置曝光值为10ms,少于5000个（17000*30%）电子信号将被准确测量并且与曝光时间成线性关系。如果用户把剩余的70%作为明亮区域并且设置噪声值为0.25ms，那么可以捕获的电子将是黑暗区域的40倍（10/0.25）.因为用户分配70%的输出作为明亮区域（30%作为黑暗区域），这将意味着大约450000（5000*70%/30%*40）个电子信号可以被准确获取,此时有效的动态范围可达450000/25=18000:1,即85dB（不打开WDR模式时动态范围为56dB）
　　五．多曲线集成
　　从上面的计算可知在一张图像中通过更改相对的曝光时间可扩展系统的动态范围。表1所画为非WDR模式和WDR模式下强度斜坡的对比曲线，其中WDR模式下明亮区域设置的曝光值为整体曝光时间的10%。从图表可知：明亮像素信息将在曝光的最后10%的时间内被收集， 并且非WDR模式下获取强度斜率将高于WDR模式下的黑暗像素获取斜率，但是低于WDR模式下的明亮像素获取斜率

表1：非WDR和WDR模式下的强度对比曲线

　　六．如何在IMPERX软件中设置WDR模式
　　有些用户使用一个拐点（即两个强度斜坡）就可以满足需求，但是有些用户想要看到图像中黑暗、明亮、中间区域的更多细节。Cheetah相机允许用户在同一张图片中设置三个曝光时间值，为了减少设置WDR模式下的复杂性，IMPERX软件中设置了供用户操作的界面。如图3所示：勾上Enable选择框可根据用户输入的值实现WDR。具体含义如下：Texp为黑暗区域的曝光值，而E1和E2作为脚点1和2的曝光值。P1是曝光时间为Texp的黑暗区域占有整幅图像区域的百分比，p2和p3是曝光时间为E1和E2区域所占的百分比。
以图3为例：该用户选择Texp作为黑暗区域的曝光值，并且分配整体区域的20%（由p1定义）作为黑暗区域。该用户只选取了一个曲线拐点，因为p2和p3都设置为100%。短曝光值6.1ms由E1定义，整体区域的80%（p2-p1）的部分的曝光值为E1.由E2所定义的第二个曲线拐点是不起作用的，因为所有的输出（100%）通过p2和p3传给了E1

　　注：使用WDR模式并不会改变相机的帧率，也不会改变图像的分辨率。

　　IMPERX公司创建于2001年，专注于技术创新，其Bobcat 系列CCD产品线分辨率覆盖VGA到4700万，平均故障间隔时间＞660000小时@ 40°C ，扩展温度范围- 40°C + 85°C（工业相机唯一），且可以根据客户应用，提供定制，尺寸小，功耗低，适用各种恶劣环境。在中国铁路及消费电子高端应用中获得广泛客户认可，助力客户成功。