球型網(wǎng)絡(luò )攝像機瞄準“技術(shù)焦點(diǎn)”

　　隨著(zhù)視頻監控高清化的不斷發(fā)展，球機也要求高清視頻了，包括130萬(wàn)和200萬(wàn)像素，所以各個(gè)廠(chǎng)家在大力開(kāi)發(fā)高清球，形態(tài)上包括了網(wǎng)絡(luò )高清球和數字高清球。其中，數字高清球傳輸的是非壓縮的數字視頻信號，數據傳輸接口為SDI接口，由于其組網(wǎng)和配套設備成本較高等的局限性，目前來(lái)看使用不太廣泛。網(wǎng)絡(luò )高清球發(fā)展最快，市場(chǎng)需求量也較大，由于用戶(hù)很關(guān)注夜晚的圖像質(zhì)量，所以帶紅外的網(wǎng)絡(luò )高清球使用量非常大，遠遠超過(guò)了非紅外高清球?，F在市場(chǎng)上出現了一些公模的紅外高清球，除了機芯和網(wǎng)絡(luò )板，其它部分都由公模廠(chǎng)家生產(chǎn)，成本比較低，銷(xiāo)量也比較大。當然，有研發(fā)實(shí)力的廠(chǎng)家，所有部分都是自己開(kāi)發(fā)的，其產(chǎn)品功能、性能、可靠性、質(zhì)量、成本等都可以自己把控，并做到差異化。

　　目前，網(wǎng)絡(luò )高速球還處于發(fā)展階段，還有較大的發(fā)展空間，其發(fā)展方向為高清、紅外、低照度、低碼流。首先在清晰度方面，槍機和半球，已經(jīng)有500萬(wàn)甚至800萬(wàn)像素的了，但是高速球還只有最多300萬(wàn)像素。這里有一個(gè)瓶頸就是機芯鏡頭，這是球機的一顆核心物件。目前，機芯鏡頭還不能達到很高的像素，需要有突破;其次在紅外補光方面，這將會(huì )是各個(gè)廠(chǎng)家一直努力的方向，這在后面再來(lái)論述;再次在低照度方面，還可以有挖掘的空間，比如改善鏡頭透光率、優(yōu)化ISP和3D降噪等，也可以選擇更好的Sensor。一般來(lái)說(shuō)，Sensor靶面越大，低照度效果更好，當然Sensor的靶面要有機芯鏡頭來(lái)匹配，所以需要大力開(kāi)發(fā)大靶面的機芯鏡頭，來(lái)匹配大靶面低照度的Sensor;最后在低碼流方面，由于高清碼流比較大，采用H.264編碼標準，720P/30fps的碼流2Mbps左右，1080P/30fps的碼流4Mbps左右，需要的傳輸帶寬和存儲容量都比較大，如果可以想辦法降低碼流，將會(huì )節約傳輸和存儲的成本。由ITU-T組織發(fā)布的HEVC/H.265標準，相比H.264標準，其碼流可以減少一半左右，這是后續高清球編碼發(fā)展的方向。

　　紅外高清球技術(shù)討論

　　紅外高清球主要的組成部分包括接口部分、電源部分、編碼部分、云臺控制部分、紅外補光部分、機芯模塊等。其中，接口部分完成外部接口的隔離和防護以及部分信號的轉換;電源部分完成AC24V/Hi-PoE電源轉換為內部所需要的電源，如DC12V、DC5V、DC3.3V等;編碼部分主要完成視頻壓縮編碼和網(wǎng)絡(luò )傳輸;云臺控制部分主要完成PTZ控制;紅外補光部分主要完成紅外燈的驅動(dòng)和開(kāi)關(guān);機芯模塊也是球機的核心部件，完成圖像采集、鏡頭的自動(dòng)聚焦和變倍。為了集成度更高，同時(shí)降低成本，部分廠(chǎng)家把機芯模塊與編碼部分合并，即通常所說(shuō)的網(wǎng)絡(luò )機芯，還有廠(chǎng)家把云臺控制部分的CPU與編碼部分的主處理器合并，整個(gè)產(chǎn)品就一顆處理器，集成度非常高，成本也會(huì )更低。

　　本文重點(diǎn)討論紅外補光部分，不過(guò)對于高速球來(lái)說(shuō)，機芯也是很關(guān)鍵的物料，也簡(jiǎn)單提一下。近幾年，隨著(zhù)高清球的普及，高清機芯需求量增大，國際廠(chǎng)家的機芯價(jià)格很高，所以有研發(fā)實(shí)力的廠(chǎng)家也投入了機芯的研發(fā)，尤其是高清機芯。經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)積累和開(kāi)發(fā)，基本上解決了大部分機芯的技術(shù)瓶頸，并且將產(chǎn)品推向了市場(chǎng)。由于售價(jià)低，銷(xiāo)量大，經(jīng)過(guò)這幾年的市場(chǎng)使用和不斷改進(jìn)，不論從ISP處理、聚焦、跟焦，還是從長(cháng)期穩定性，都基本上達到了國際廠(chǎng)家的水平，部分指標和效果甚至超過(guò)了國際廠(chǎng)家，并且銷(xiāo)售價(jià)格低，大大沖擊了SONY和日立的市場(chǎng)領(lǐng)導地位。同時(shí)，高清機芯的鏡頭也發(fā)展很快，不再只是有騰龍、佳能、富士能這些日系廠(chǎng)家，國內廠(chǎng)家也推出了眾多的機芯鏡頭，極大地推動(dòng)了機芯的發(fā)展。目前機芯的形態(tài)大致有2種：數字機芯和網(wǎng)絡(luò )機芯，后續網(wǎng)絡(luò )機芯會(huì )有較大的發(fā)展，可滿(mǎn)足大多數應有場(chǎng)景，成本較低，數字機芯適用于要求較高的場(chǎng)合，其整機的功能可以做得齊全。

　　紅外補光技術(shù)

　　監控補光一開(kāi)始使用的是多顆小功率紅外燈，后來(lái)發(fā)展了一段時(shí)間陣列式紅外燈，到現在大多數使用大功率補光燈。大功率補光燈包括有激光紅外燈、白光燈、大功率點(diǎn)陣式紅外燈(圖1)。激光紅外燈的應用方式主要是同步變焦，白光燈主要是應用在要求彩色圖像的場(chǎng)合，大功率點(diǎn)陣式紅外燈主要有兩種應用方式：同步變焦和分段點(diǎn)亮，下面重點(diǎn)討論一下這兩種方式。

同步變焦

　　同步變焦是紅外球中可實(shí)現一體機變倍過(guò)程中視角和紅外照射視角大小同步調整。能夠實(shí)現此功能的紅外照射角度調整的光機電一體化機構，稱(chēng)為紅外球同步變焦模組，具體實(shí)現方法稱(chēng)之為紅外同步變焦功能(圖2)。紅外同步變焦功能可以應用在紅外高清球、紅外高清槍機上面。

　　紅外同步變焦有如下優(yōu)勢：

　　可實(shí)現紅外燈照射角度隨著(zhù)攝像機視角變化同步調整，使得有限的補光能夠更集中，提高紅外照明效率;

　　照射均勻，解決手電筒效應;

　　同等照度情況下，功率低，有利于提高紅外燈使用壽命;

　　相同補光功率情況下，效率更高;

　　使用大功率少數量的燈，整個(gè)變倍范圍內無(wú)照射死角。

　　不過(guò)紅外同步變焦研發(fā)技術(shù)要求較高：

　　需要機械結構、傳動(dòng)、光學(xué)配合，對結構設計、加工及裝配要求高;

　　軟件處理復雜，需要一體機變倍同補光同步進(jìn)行;

　　針對不同機芯，需要進(jìn)行光與圖像的匹配測試;

　　每臺設備生產(chǎn)時(shí)需要校準光軸，對生產(chǎn)要求較高。

　　分段點(diǎn)亮

　　分段點(diǎn)亮方式是把多顆大功率點(diǎn)陣式紅外燈分為2組或者3組，這幾組紅外燈使用不同角度的聚光燈杯，包括大角度、中等角度和小角度，當機芯鏡頭在不同的焦段時(shí)，開(kāi)啟不同角度的紅外燈(圖3、圖4)。

分段點(diǎn)亮方式有如下缺點(diǎn)(圖5)：

　　不同倍數中間段存在補光不足或者不夠集中的問(wèn)題;

　　不同組燈切換過(guò)程中，光線(xiàn)變化較大對聚焦有影響;

　　部分焦段具有手電筒效果;

　　部分焦段光線(xiàn)利用率較少。

　　當然分段式點(diǎn)亮設計、生產(chǎn)和使用都比較簡(jiǎn)單，所以目前使用的廠(chǎng)家較多。

　　同步變焦模組的組成

　　同步變焦模組由紅外燈板、透鏡、步進(jìn)電機組成，燈板上使用一顆或者多顆大功率紅外燈，紅外波長(cháng)可以是808nm、850nm、940nm其中的一種，但需要注意，波長(cháng)越短，越接近可見(jiàn)光，Sensor的感應效果更好，所以如果不要求無(wú)紅曝，就盡量使用短波長(cháng)的紅外光。紅外燈板固定，燈前面有一片光學(xué)透鏡，透鏡專(zhuān)門(mén)設計并開(kāi)模，光路與紅外燈相匹配，可以通過(guò)控制步進(jìn)電機轉動(dòng)來(lái)改變透鏡與燈之間的距離，從而改變紅外光的出光角度，達到出光角度連續，光線(xiàn)在畫(huà)面中分布均勻。

　　在模擬監控時(shí)代，一線(xiàn)品牌機芯主要是SONY和日立，還有一些韓國、臺灣的二線(xiàn)品牌，后來(lái)國內也有很多更低端的模擬機芯廠(chǎng)家，但是SONY和日立的領(lǐng)導地位始終沒(méi)有被改變。當然，隨著(zhù)芯片技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )機芯的整機也可能開(kāi)發(fā)出強大的功能，國內廠(chǎng)商的研發(fā)力度也越來(lái)越集中，所以以后機芯的技術(shù)發(fā)展很是值得期待。