淺析一體化攝像機的應用前景

文/曾虹云 金三立視頻科技(深圳)有限公司

　　一體化攝像機自上個(gè)世紀末面世以來(lái)，因其輕便的外型、靈活的環(huán)境適應性、較廣的監控范圍、較高的性?xún)r(jià)比等優(yōu)勢，在高速公路、市政場(chǎng)館、酒店、醫院等對環(huán)境要求較高場(chǎng)所發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用;近年來(lái)，伴隨著(zhù)高清浪潮之勢，技術(shù)廠(chǎng)家研發(fā)的DSP處理器，依據監控區域的目標位置有效控制一體化機芯拍攝高質(zhì)量的圖像，提高成像品質(zhì)，更是讓一體化攝像機漸為安防市場(chǎng)追捧。

　　何為一體化攝像機

　　一體化攝像機，顧名思義，集攝像機、變焦鏡頭于一體，具有自動(dòng)聚焦(AF)及變焦功能，簡(jiǎn)稱(chēng)一體機。

　　真正含義上的第一臺一體化攝像機誕生于1997年，一開(kāi)始出現在當時(shí)輔導行業(yè)的長(cháng)途解說(shuō)視頻方面。1999年，韓國世林電子Saerim(現歸屬于韓國CNB旗下)首將一體化攝像機接口改為RS-232，由此正式推向安防監控領(lǐng)域。一體化攝像機當時(shí)專(zhuān)指可自動(dòng)聚焦、鏡頭內建的攝像機，其技術(shù)從家用攝像機技術(shù)發(fā)展而來(lái)，和常見(jiàn)的槍機比較，一體化攝像機具備體積小巧、結構緊湊、安裝應用方便、監控范疇廣、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)。一體機正式出現在國內本土市場(chǎng)上是在1998年，但基本上都是國外產(chǎn)品。目前的國內一體機市場(chǎng)，主要由SONY、HITACHI、SAMSUNG、CNB、LG、?？低?、大華股份等廠(chǎng)家所統領(lǐng)。

　　應用“隨遇而安”

　　不同于傳統攝像機對環(huán)境的“挑剔”，一體化攝像機對環(huán)境的適應能力超強，能“隨遇而安”。一體化攝像機室外型都具有防水功能，而傳統攝像機需和云臺、防護罩配合使用才可以達到防水的功能。對于高溫、雨雪等惡劣的室外環(huán)境，通過(guò)良好的防爆、防水等功能的配置，一體化攝像機可以實(shí)現良好的監控效果，解決用戶(hù)室外監控的后顧之憂(yōu)。而對于特殊環(huán)境的監控需求，一體化攝像機同樣有著(zhù)出色表現，有專(zhuān)門(mén)用于生化環(huán)境的防腐蝕一體化攝像機、有可用于海底的防水一體化攝像機，還有為應對室外高溫天氣而研制的，具有良好散熱功能的一體化攝像機等?？梢詷?lè )觀(guān)地預計，隨著(zhù)一體化攝像機功能優(yōu)勢的全面發(fā)揮，將會(huì )給各類(lèi)安防應用帶來(lái)更積極的監控體驗。

　　一體化攝像機監控范圍寬廣，特別適用于各類(lèi)大范圍監控場(chǎng)所。與傳統攝像機相比，一體機體積精巧、美觀(guān)，在安裝方面具有優(yōu)勢，比較方便，其電源、視頻、控制信號均有直接插口，不似傳統攝像機有麻煩的連線(xiàn);高清網(wǎng)絡(luò )一體機可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現變倍、聚焦和光圈控制，一次安裝后幾乎不需要到現場(chǎng)進(jìn)行后期維護;一體機成像系統(鏡頭)、CCD、DSP技術(shù)專(zhuān)利均被國際知名大廠(chǎng)所掌握，相對傳統攝像機來(lái)說(shuō)，一體機質(zhì)量可以得到較好的控制。

　　自動(dòng)聚焦是一體化攝像機的特有優(yōu)勢，也正因為自動(dòng)聚焦，可以讓一體化攝像機應對動(dòng)態(tài)對象時(shí)展現流暢清晰畫(huà)質(zhì)。自動(dòng)聚焦即是通過(guò)攝像機自動(dòng)聚焦算法檢測圖像主物面的位置，并根據其在攝像機圖像傳感器上的聚焦情況自動(dòng)調整鏡頭的聚焦馬達，這樣往復多次，即可實(shí)現變焦控制全程自動(dòng)聚焦，圖像在變焦過(guò)程中隨時(shí)保持清晰。如此一來(lái)，傳統槍機跑焦和手動(dòng)調焦維護的時(shí)代便一去不復返了。傳統攝像機定位系統不夠靈活，多需要手動(dòng)對焦，而一體化攝像機最大的優(yōu)點(diǎn)就是具有自動(dòng)聚焦功能，能夠即時(shí)呈現清晰圖像，實(shí)現快速準確的實(shí)時(shí)監控。尤其在對高速公路的監控中，由于車(chē)輛速度較快，容易出現監控圖像模糊、拖尾等現象，高品質(zhì)的一體化攝像機可對車(chē)輛圖像進(jìn)行自動(dòng)聚焦，并能達到很好的定焦效果，為道路監控和交通管理提供理想的監控圖像。

　　局限性

　　所謂成也蕭何，敗也蕭何。自動(dòng)聚焦是一體化攝像機的應用特色，關(guān)系到一體化攝像機能否快速、清晰地獲取圖像，而在當前，限制國內一體機發(fā)展的瓶頸也在于自動(dòng)聚焦。聚焦速度和效果好壞，直接影響到用戶(hù)對監控現場(chǎng)圖像的抓取和錄像。好的產(chǎn)品，可以一次性準確聚焦;差的產(chǎn)品，在聚焦時(shí)會(huì )來(lái)回往復，需要3、4次才能定焦，或者聚焦不到“最清晰點(diǎn)”。自動(dòng)聚焦這一技術(shù)，成為廠(chǎng)商急需要解決的技術(shù)難題。一些廠(chǎng)商為了避開(kāi)這個(gè)障礙，只能在后端的電機控制部分、產(chǎn)品外殼上下功夫，加上一些OSD菜單開(kāi)發(fā)，用來(lái)設置攝像機的各種參數。更有圖省事的廠(chǎng)商，直接采用進(jìn)口機芯做二次開(kāi)發(fā)，圖像畫(huà)質(zhì)上與國外產(chǎn)品無(wú)多大差別，AF效果卻無(wú)可比性?？v觀(guān)一體化攝像機的應用現狀，其自動(dòng)聚焦出現的問(wèn)題主要體現在以下幾個(gè)方面。

　　首先是聚焦點(diǎn)偏移問(wèn)題。槍式攝像機主要由機身和鏡頭兩部分組合而成，其高性能的實(shí)現有賴(lài)于機身與鏡頭的完美搭配。而在監控項目中，如果用戶(hù)或施工人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)不足，對攝像機與鏡頭搭配不合理，就會(huì )影響攝像機性能。在安防應用中，用戶(hù)多采用手動(dòng)調焦鏡頭，然而手動(dòng)調焦依賴(lài)于人眼目視檢測和手動(dòng)調節，其效率低下、精度不盡人意;此外，槍機本身易受到潮氣、振動(dòng)、熱脹冷縮等環(huán)境因素干擾，在使用一段時(shí)間后，極易出現由于攝像機聚焦點(diǎn)偏移造成圖像模糊、不穩定、老化快等問(wèn)題。

　　其次，背焦(后焦)調節問(wèn)題。由于攝像機圖像傳感器靶面不平以及不同鏡頭之間后焦距的區別，因此槍機背焦(后焦)調節技術(shù)，一直是槍型攝像機廠(chǎng)商需要重點(diǎn)研發(fā)的技術(shù)。而對于槍機使用一段時(shí)間后跑焦的問(wèn)題，很多用戶(hù)(或工程商)通常只有派技術(shù)人員到現場(chǎng)進(jìn)行處理，就網(wǎng)絡(luò )監控而言，監控的前端設備分布較遠，這也將大大提高監控維護成本;而少數廠(chǎng)商也在攝像機中加入電子后焦調整功能，但這無(wú)疑也增加了攝像機的成本。

　　此外，變焦問(wèn)題不容小覷?，F在市場(chǎng)上使用的槍機鏡頭很多是自動(dòng)光圈手動(dòng)變焦型，焦距為幾毫米到幾十毫米，焦距需要在安裝時(shí)調整到位并鎖定。所以槍機通常只能用到監控范圍有限的場(chǎng)合，比如室內、樓道、停車(chē)場(chǎng)出入口等監控位置相對固定的場(chǎng)所。當然，槍型攝像機也可以采用電動(dòng)變焦鏡頭，但電動(dòng)鏡頭工藝復雜，生產(chǎn)成本高，所以目前市場(chǎng)上的電動(dòng)鏡頭都比較昂貴。另外，由于網(wǎng)絡(luò )延時(shí)問(wèn)題，電動(dòng)變焦后帶來(lái)的手動(dòng)控制二次聚焦問(wèn)題無(wú)疑又是一大難題。

　　不得不提的是，由于一體化攝像機多用于室外環(huán)境，更多是環(huán)境較為特殊的場(chǎng)景，光線(xiàn)變化也很容易影響到攝像機定焦。很多技術(shù)廠(chǎng)商由此研發(fā)的日夜轉換技術(shù)讓安防無(wú)視“黑夜”。集成了雙濾光片切換結構，但是帶來(lái)的是居高不下的成本價(jià)格。

　　高速公路實(shí)戰應用

　　一體化攝像機發(fā)展的十余年里，在很多行業(yè)中得到了完美應用，充分地完成了呵護一方平安的使命。高速公路因其快速的車(chē)流、復雜的地形與氣候環(huán)境，對一體化攝像機一直青睞有加，尤其是“十二?五”期間，全國高速公路建設更加緊鑼密鼓地進(jìn)行，截止2013年，全國高速公路里程達10.44萬(wàn)公里，如此巨大的人流物流紐帶往來(lái)，對安防產(chǎn)品及技術(shù)的要求自然十分嚴格。筆者所在公司，其視頻監控產(chǎn)品、解決方案在高速公路行業(yè)的應用占據全國龐大的份額。下面就公司一體化攝像機在遂資眉高速公路中的應用，來(lái)詳細談?wù)勔惑w化攝像機在高速公路行業(yè)的實(shí)戰情況。

遂資湄高速公路位于四川盆地腹心地帶，巴蜀地形錯綜復雜，山地較多，此項目中應用到一體化攝像機主要在外場(chǎng)沿線(xiàn)道路以及隧道一線(xiàn)。

　　外場(chǎng)沿線(xiàn)道路采用網(wǎng)絡(luò )高清球機和網(wǎng)絡(luò )高清一體化攝像機，通過(guò)點(diǎn)對點(diǎn)的光纖收發(fā)器接入到就近通信站的匯聚交換機中，再通過(guò)匯聚交換機上傳到路段監控分中心;隧道網(wǎng)絡(luò )高清一體化攝像組成環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )，接入到就近的通信站的匯聚交換機，再通過(guò)匯聚交換機上傳到路段監控分中心。

　　首先看看隧道監控系統(圖1)，隧道內監控的主要目的是觀(guān)察隧道交通狀況，及時(shí)發(fā)現并疏導交通阻塞，及時(shí)發(fā)現并排除道路故障;所以，隧道內監控對視頻清晰度和實(shí)時(shí)性沒(méi)有很高要求，但是攝像機必須具備較高的白平衡調節能力、抗震和粉塵等環(huán)境的適應性。

　　隧道內采用30臺網(wǎng)絡(luò )高清槍機，橫通道采用1臺網(wǎng)絡(luò )高清智能球機，隧道洞口采用4臺網(wǎng)絡(luò )高清一體機，隧道內變電所采用4臺網(wǎng)絡(luò )高清半球，可全面監控隧道內交通情況。

　　對于隧道口，除了監控交通外，還需要觀(guān)察隧道口山體的穩定性，及時(shí)發(fā)現并排除隱患，需要高清晰度的攝像機。此次選型的高清一體機，具有較好的強光抑制效果，亦具有較好的寬動(dòng)態(tài)效果，支持3D云臺控制，支持點(diǎn)面結合操控功能。根據隧道情況可選擇槍機定點(diǎn)監控，也可以使用具有點(diǎn)面結合功能的高清IPC和高清網(wǎng)絡(luò )球機，既可以達到一次性精準定位的使用效果，又可以做到整體和局部兼顧。

接著(zhù)我們談?wù)勅痰缆繁O控系統(圖2)。全程監控主要是對高速公路沿線(xiàn)、立交橋等高速公路重點(diǎn)路段進(jìn)行監控，把控高速公路交通狀況，及時(shí)發(fā)現交通阻塞路段，及時(shí)給予引導，保證高速公路安全暢通。監控全程道路的攝像機主要設立在橋梁、沿線(xiàn)道路、立交橋等位置，通常安裝網(wǎng)絡(luò )高清一體化攝像機和高清球機，預計遠期需增加一定數量的球機滿(mǎn)足全程道路監控的需求。

　　在立交橋等重點(diǎn)路段，視頻查看和云臺控制較為頻繁，如有延時(shí)會(huì )影響操控感。采用高清IPC球機和高清IPC一體機部署。在此次項目中，所采用的200萬(wàn)高清一體化云臺攝像機，監控距離達200m-1000m左右，支持云臺控制;沿線(xiàn)道路監控每2公里安裝1臺攝像機，采用網(wǎng)絡(luò )高清一體云臺攝像機或球機，通過(guò)點(diǎn)對點(diǎn)光纖收發(fā)器傳輸到附近的通信站，然后通過(guò)通信站的匯聚交換機傳輸到路段監控分中心。

　　結語(yǔ)

　　一體化攝像機歷經(jīng)數十載的發(fā)展后，已經(jīng)打破了國外產(chǎn)品獨霸市場(chǎng)的局面，在很多領(lǐng)域都發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。伴隨“平安城市”、“科技強警”在全國范圍內的普及，“智慧城市”、無(wú)人實(shí)時(shí)監控模式愈炒愈熱，以及高清一體化攝像機等機型研發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信一體化攝像機的應用由目前的定點(diǎn)轉向為全面開(kāi)花亦指日可待。