夜視攝像新趨勢——星光級超低照度攝像機

　　摘要：低照度監控技術(shù)主要受鏡頭、圖像傳感器、后端圖像處理技術(shù)等因素的影響，要想取得較為理想的低照度監控效果，可具體從哪些方面著(zhù)手呢?請詳見(jiàn)本文所述。

　　在平安城市項目、金融、酒店、寫(xiě)字樓、住宅小區、平安村居、校園、港口、高速公路、街道等場(chǎng)合，由于夜間光照不足，又不可能大規模安裝補光照明設施，此種場(chǎng)景下對攝像機的低照度性能要求就比較高，由于常規型攝像機難以滿(mǎn)足24小時(shí)連續監控的需求，要得到較好的監控效果，就需要安裝高品質(zhì)的適合夜間拍攝的低照度攝像機來(lái)保證監控效果。

　　如何滿(mǎn)足夜間的監控需求

　　針對夜間監控，目前市面上主要應用的是紅外攝像機與激光攝像機，這兩種攝像機可謂是各有所長(cháng)，它們分別利用不同的原理與技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足對夜間監控的需求。

　　攝像機的傳感器相當于人的眼睛，但比眼睛厲害的是它能感應到一部分不可見(jiàn)光，如紅外光線(xiàn)。傳感器有一個(gè)指標靈敏度，也叫最低照度值，其能體現出對微弱光線(xiàn)的反應能力，靈敏度越高，對光線(xiàn)的感應能力越強，感應紅外線(xiàn)的能力就越強。由于傳感器可以感知到紅外線(xiàn)，在白天，光線(xiàn)中的紅外線(xiàn)也進(jìn)入圖像中，會(huì )導致整體圖像偏紅。所以普通攝像機在傳感器表面都貼有濾光片，濾掉光線(xiàn)中的紅外線(xiàn)。而如果紅外攝像機也貼上這種濾光片，夜間攝像機紅外燈主動(dòng)發(fā)射的紅外光也會(huì )被濾掉，導致紅外燈失效。為了避免這種情況，高端紅外攝像機一般備有雙濾光片，即白天打開(kāi)紅外過(guò)濾光片，過(guò)濾掉光線(xiàn)中的紅外線(xiàn)，晚上關(guān)閉紅外濾光片，讓紅外線(xiàn)通過(guò)鏡頭射入傳感器。這就是紅外攝像機為什么可以在人眼看不清的夜間也能清晰成像的原因。

　　激光攝像機是由半導體激光器與鏡頭搭配組成。激光光束的角度小、能量集中，非常適合遠距離照明;配合變焦鏡頭，可實(shí)現激光與攝像機隨動(dòng)，讓激光根據攝像機焦距的改變產(chǎn)生相應的變化。

　　相對紅外光線(xiàn)，激光照明可以無(wú)視光線(xiàn)的強弱，通過(guò)激光部件以及超低照度感光元件，攝像機可在完全黑暗的環(huán)境下實(shí)現對遠距離的高清監控，保證成像清晰度;其次其壽命長(cháng)，激光監控攝像機壽命是普通紅外攝像機壽命的3倍，這點(diǎn)對需24小時(shí)監控的應用，優(yōu)勢更加凸顯;再者傳統紅外攝像機散熱量很大，不僅需消耗較多的電力，而且熱量會(huì )在機身中堆積，造成機身過(guò)熱，會(huì )嚴重影響攝像機電子元器件壽命，而激光攝像機則沒(méi)有這個(gè)隱患。但激光照明也有光束過(guò)于集中的缺陷，在中短距離監控中，由于成本及覆蓋角度不夠等問(wèn)題，相比紅外并無(wú)優(yōu)勢，也因此其主要應用于針對遠距離的監控應用，如景區、鐵路等。

　　另外，在某些對光的要求不太嚴格的場(chǎng)景中，可采用白光常亮或頻閃補光，也可獲得較好的監控效果。白光燈是節能環(huán)保的新型綠色照明燈具，是一種可見(jiàn)光，屬于冷光源，其最大的特點(diǎn)是其在夜晚的成像為彩色，所看到的景物和白天沒(méi)有太大的差別，可以提供更多信息量，有利于調查取證。帶白光燈的攝像機通常被用于道路監控工程中的卡口系統或小區停車(chē)場(chǎng)出入口。

　　而頻閃補光則能與攝像機每幀圖像的電子快門(mén)同步，受控于攝像機的幀同步信號，并適應攝像機的幀率做出相應的倍頻，按照一定的頻率閃亮給攝像機補光，從而降低其對人眼的影響和減少環(huán)境光對拍照的干擾，現主要被應用于治安卡口、超速抓拍、闖紅燈等環(huán)境中。
占據一席之地

　　紅外與激光攝像機在外界無(wú)需任何輔助光源的情況下即可得到較清晰的圖像，因此它們被較多地使用在夜晚無(wú)燈的區域。而基于其整體價(jià)格相對較低等優(yōu)勢，使得紅外攝像機在近年來(lái)所占據的市場(chǎng)份額也呈直線(xiàn)上升趨勢。但紅外與激光攝像機目前仍存在一些缺陷，如色彩為黑白、能耗大、散熱不佳、紅外攝像機照射距離有限、照射范圍不廣等等。而低照度攝像機是近年來(lái)隨著(zhù)半導體技術(shù)發(fā)展而推出的監控行業(yè)的熱點(diǎn)產(chǎn)品。

　　低照度攝像機，從字面上就可以看出，是指在光照較暗的情況下(即低照度)仍然可以獲得比較清晰圖像的攝像機。目前安防行業(yè)通常將前端攝像機分為四個(gè)等級：普通級攝像機，一般照度值均大于0.1Lux;照度值范圍在0.1Lux至0.01Lux之間的攝像機，一般被稱(chēng)為低照度攝像機;而被稱(chēng)為月光級攝像機，其照度值范圍在0.01Lux至0.001Lux間;當最低照度值達到甚至低于0.0001Lux的時(shí)候，便達到了“星光級”的超低照度攝像機，但這些分類(lèi)也沒(méi)有絕對的規范化、標準化。

　　市場(chǎng)上早期的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機低照度效果普遍一般。隨著(zhù)圖像傳感器技術(shù)的提高，以及圖像降噪算法的應用，高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的低照度效果越來(lái)越好，它不同于紅外，可借助周?chē)囊磺泄庠?，如路燈、走廊燈、月光甚至星光等，在光線(xiàn)較暗的情況下獲得全彩色實(shí)時(shí)視頻圖像，由于采用了超靈敏度圖像傳感器和獨有的電子倍增和噪點(diǎn)控制技術(shù)能夠極大地提高攝像機的靈敏度，并且具備24小時(shí)全彩色實(shí)時(shí)效果，絕無(wú)普通低照度攝像機出現的拖尾現象，以滿(mǎn)足對夜間高品質(zhì)監控的需求。其優(yōu)點(diǎn)是功耗小、圖像效果真實(shí)、不偏色，在應用面上，雖然不及紅外攝像機廣泛，但也在一定程度上具備不可替代性。目前低照度攝像機普遍應用于平安城市、軍隊、邊防、銀行、醫院、高速公路等對日夜監控要求比較高的領(lǐng)域。

　　目前國內安防行業(yè)中，僅有部分研發(fā)能力強、在圖像處理方面具備雄厚實(shí)力且有相應細分市場(chǎng)的安防廠(chǎng)家在低照度攝像機領(lǐng)域取得了一定成績(jì)。如蘇州某安防廠(chǎng)商推出的星光級攝像機IPC123，其在星光環(huán)境下無(wú)須借助任何輔助光源便可顯示清晰且不拖尾的彩色圖像，同時(shí)與其他十來(lái)家廠(chǎng)商攝像機在新疆某兵團公安系統組織的選型測試PK中脫穎而出，一舉拿下各項綜合性能NO 1的稱(chēng)號，體現出該廠(chǎng)商在此領(lǐng)域的雄厚實(shí)力。

　　低照度監控效果的提升方式

　　低照度監控技術(shù)主要受鏡頭、圖像傳感器、后端圖像處理技術(shù)等因素的影響，要想取得較為理想的低照度監控效果，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行提升：

　　利用大光圈鏡頭：鏡頭是攝像部件的重要組成部份，它在低照監控應用技術(shù)上的作用是為攝像機聚焦被攝目標的光線(xiàn)，這里的低照應用與技術(shù)關(guān)鍵在于鏡頭的口徑越大其進(jìn)光量也會(huì )越大，也就是鏡頭光圈的增大可有效提升進(jìn)光量，從而使攝像機獲得理想的低照度效果。

　　選用大靶面傳感器：攝像機的本質(zhì)就是把光能轉化為電能，而量化的核心部件是傳感器，傳感器的作用就是把傳到它身上的不同強度的光線(xiàn)進(jìn)行光電轉換，轉換成電壓信息最終生成數字圖像信息。而傳感器上接收光線(xiàn)的部位自然是核心中的核心。如果相同分辨率的攝像機，圖像傳感器靶面面積越大，則其單位像素進(jìn)光量就越大，抑制噪點(diǎn)能力越強，低照度拍攝時(shí)，成像畫(huà)質(zhì)也越好。

　　改進(jìn)傳感器工藝：要想取得理想的低照度效果，還可以通過(guò)對傳感器工藝的改進(jìn)，以提升其靈敏度。攝像機本體中的圖像傳感器看上去很簡(jiǎn)單，實(shí)際上對生產(chǎn)工藝與微處理的技術(shù)要求相當高，比如背照傳感器通過(guò)改善傳統CMOS感光元件內部的結構，讓感光層的元件調轉方向，光能從背面直射進(jìn)去，避免了在傳統傳感器結構中，光線(xiàn)會(huì )受到微透鏡和光電二極管之間的電路和晶體管的影響，從而顯著(zhù)提高光的效能，大大改善低光照條件下的拍攝效果。這類(lèi)CMOS傳感器的靈敏度已經(jīng)與CCD傳感器接近，低照度下圖像效果極佳，但集成度更高、功能更加豐富且性?xún)r(jià)比更高。

　　良好的圖像處理技術(shù)：以往的攝像機采用傳統的2D算法來(lái)實(shí)現降噪功能，而現在采用的3D降噪技術(shù)，在原有的幀內降噪基礎上，通過(guò)對前后兩幀的圖像進(jìn)行對比篩選處理，從而將噪點(diǎn)位置找出，對其進(jìn)行增益控制，3D數字降噪功能能夠降低弱信號圖像的噪波干擾。由于圖像噪波的出現是隨機的，因此每一幀圖像出現的噪波是不相同的。3D數字降噪通過(guò)對比相鄰的幾幀圖像，將不重疊的信息(即噪波)自動(dòng)濾出，采用3D降噪的攝像機，圖像噪點(diǎn)會(huì )明顯減少，圖像會(huì )更加清晰透徹，從而顯示出比較純凈細膩的畫(huà)面。

　　增加補光設備：低照度攝像機，比如星光級槍機，能在微光環(huán)境下正常工作，但有些場(chǎng)景，也可通過(guò)增加白光補光的方式來(lái)提升其監控效果。

　　結語(yǔ)

　　目前，針對各類(lèi)光源與場(chǎng)景，都有特定的監控設備滿(mǎn)足用戶(hù)需求，包括在完全黑暗的環(huán)境下也可通過(guò)補光舉措實(shí)現圖像監控，24小時(shí)晝夜監控技術(shù)已可基本滿(mǎn)足用戶(hù)需求，但用戶(hù)的需求也在不斷提升，與此同時(shí)，低照度監控技術(shù)也需用不斷地提升來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。