突破槍機困惑 展露一體化監控攝像機新生

槍型攝像機帶來(lái)的一些思考

　　隨著(zhù)視頻圖像處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷成熟，以及IT相關(guān)產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)，IP高清監控依靠自身高清畫(huà)質(zhì)優(yōu)勢，逐步占據安防高端市場(chǎng)主導地位。尤其在平安城市建設、城市道路監控、大型場(chǎng)館、金融銀行換代改造以及港口、機場(chǎng)、電力等行業(yè)(領(lǐng)域)獲得高度認可。而在高清網(wǎng)絡(luò )監控系統中，攝像機扮演著(zhù)重要角色，也是安防廠(chǎng)商投入重金研發(fā)的產(chǎn)品之一。

　　就目前而言，安防監控領(lǐng)域應用的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機主要包括槍式攝像機、一體化攝像機、半球攝像機和高速球攝像機等類(lèi)型產(chǎn)品。而據調查統計，目前高清攝像機產(chǎn)品中，由于高清一體化攝像機等機型研發(fā)技術(shù)尚未普及，槍式高清攝像機憑借自身“發(fā)家”早、技術(shù)成熟以及性?xún)r(jià)比優(yōu)勢占領(lǐng)大部分中低端市場(chǎng)和部分高端市場(chǎng)?？v然如此，其存在的諸多弊端同樣不容忽視。

　　槍型攝像機帶來(lái)的一些思考

　　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，槍式本易受到潮氣、振動(dòng)、熱脹冷縮等環(huán)境因素干擾大，在使用一段時(shí)間后，極易出現攝像機聚焦點(diǎn)偏移造成圖像模糊、不穩定、老化快等問(wèn)題。

　　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)，一直是固定槍型攝像機廠(chǎng)商需要重點(diǎn)研發(fā)的技術(shù)。早期的背焦調節方式主要是后焦調節圈+后焦鎖定螺桿的方式，鎖定螺桿在多次調節后很容易損傷調節圈的螺紋，影響后焦的穩定；另外一種方式是斜面自鎖式調節機構，通常采用塑膠材料，在極端環(huán)境下也可能由于熱脹冷縮等原因造成后焦跑焦。此外，一些新的方法是采用更加精密可靠的螺紋調焦機構，但在模具上廠(chǎng)商投入的成本會(huì )更多。

　　對于槍機使用一段時(shí)間后跑焦的問(wèn)題，用戶(hù)和廠(chǎng)商各有解決之道。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機構，但這無(wú)疑也增加了攝像機的成本。

　　夜視問(wèn)題

　　無(wú)論是用戶(hù)還是廠(chǎng)商都希望攝像機在白天和夜晚都能夠帶來(lái)同樣優(yōu)異的畫(huà)質(zhì)。為了實(shí)現全天候監控，除了期待高敏高感度的圖像傳感器，廠(chǎng)商不得不采用多種手段來(lái)提升低照度環(huán)境下的圖像效果。例如采用日夜型紅外截止雙濾光片自動(dòng)切換機構、彩轉黑、3D數字降噪、數字寬動(dòng)態(tài)圖像增強等技術(shù)。然而，無(wú)論無(wú)論產(chǎn)品將最低照度值標至多低，夜間監視效果與白天還是有一定差距，要想獲取清晰畫(huà)面，還需對場(chǎng)景補光(白光、普通紅外或激光夜視)。就槍型攝像機而言，鏡頭對于攝像機低照度的影響也是舉足輕重，百萬(wàn)像素的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機除了應當選擇相應的百萬(wàn)像素鏡頭以外，鏡頭的鍍膜和曲光率的設計也應符合相應標準。當然，低照度環(huán)境表現優(yōu)異的圖像傳感器、配上穩定可靠的濾光片機構、外配一款好的鏡頭、再加上優(yōu)異的圖像增強算法，這些都是一個(gè)好的槍型攝像機產(chǎn)品需要具備的要素，但這些都又不是低價(jià)產(chǎn)品所能承受之重。

　　變焦問(wèn)題

　　現在市場(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。鏡頭生產(chǎn)廠(chǎng)商采用鏡頭嚴格選材，采用航空航天技術(shù)中常用到的合金材料，使用高精密數控機床一次性加工而成，鏡頭與鏡頭座連接部分采用鎖緊環(huán)緊固等方式來(lái)提高攝像機穩定性。這種變焦鏡頭通常用于森林環(huán)境和防火監控、邊防等特殊場(chǎng)合應用，普通用戶(hù)實(shí)難普及。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。

突破困惑 一體機在展露新生

　　如何走出槍機的困惑

　　基于上述槍機無(wú)法回避的問(wèn)題，鏡頭一體化的攝像機解決方案應運而生。一體化攝像機現在專(zhuān)指具有光學(xué)變焦和自動(dòng)聚焦鏡頭內置一體化的攝像機。與槍機相比，一體機芯精密度和技術(shù)要高很多，模擬監控時(shí)代的一體機機芯均被日韓企業(yè)(如三星、日立、索尼等)所壟斷。近年來(lái)，隨著(zhù)IP高清技術(shù)發(fā)展，國內少數頗具研發(fā)實(shí)力的企業(yè)已經(jīng)掌握了高清一體機機芯核心技術(shù)，如艾普視達、?？低?、浙江大華、奧尼克斯以及神州數碼等。由于一體機技術(shù)精度要求較高、研發(fā)生產(chǎn)成本高，所以目前市場(chǎng)上高清網(wǎng)絡(luò )一體機價(jià)格偏貴。高清一體機產(chǎn)品多用于平安城市、道路監控、機場(chǎng)、廣場(chǎng)等場(chǎng)所。

　　一體化攝像機技術(shù)優(yōu)勢

　　與傳統槍型攝像機相比，一體化攝像機集成度高體積小巧、美觀(guān)，安裝非常簡(jiǎn)單。同時(shí)，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，一次安裝幾乎不需要到現場(chǎng)進(jìn)行后期維護。此外，高清網(wǎng)絡(luò )一體化攝像機清晰度更高、監控范圍更廣，不需要另外選配高清鏡頭，綜合性?xún)r(jià)比高。

　　與槍機等普通機型相比，一體化攝像機的特色主要體現在自動(dòng)聚焦上，其使圖像畫(huà)面隨時(shí)保持清晰。那么，何為自動(dòng)聚焦？簡(jiǎn)而言之，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。

　　變焦控制和自動(dòng)聚焦技術(shù)提高了監控效率，當圖像畫(huà)面發(fā)生變化(如有物體移動(dòng)或變焦控制時(shí))需要重新聚焦，自動(dòng)聚焦鏡頭可以自動(dòng)執行聚焦操作，讓整個(gè)畫(huà)面始終保持焦點(diǎn)準確圖像清晰。比如我們控制鏡頭變焦讓畫(huà)面場(chǎng)景中的人物由遠及近時(shí)，自動(dòng)聚焦算法會(huì )不斷分析當前畫(huà)面并發(fā)出鏡頭自動(dòng)聚焦命令，使人物在畫(huà)面中始終保持焦點(diǎn)清晰。而如果一體化攝像機安裝在云臺上，同樣可以根據云臺的操作完成自動(dòng)聚焦。自動(dòng)聚焦主要技術(shù)難點(diǎn)是要提高聚焦的速度和精度，精度將影響后期圖像處理的結果。場(chǎng)景中被攝物體與拍攝的距離時(shí)刻發(fā)生變化，快速的聚焦十分必要，聚焦速度的提高，取決于聚焦評價(jià)函數的選擇。聚焦評價(jià)函數用來(lái)衡量圖像聚焦與否?；趫D像處理的自動(dòng)聚焦算法中常用的聚焦評價(jià)函數的類(lèi)型大致有：灰度梯度函數、信息學(xué)函數、頻域函數、統計學(xué)函數等。用微積分法對圖像進(jìn)行梯度變換，將圖像的邊緣增強處理，使聚焦圖像與離焦圖像的評價(jià)函數值更加分明，提高了準確聚焦的靈敏度。該方法是目前安防一體化攝像機使用得較多的一種。

　　日夜轉換技術(shù)讓安防無(wú)“黑夜”。一體化攝像機集成了雙濾光片切換機構，由于鏡頭固定，因此無(wú)需考慮后焦可調節的機構，集成度高，更加穩定可靠。再加上攝像機本身的數字寬動(dòng)態(tài)處理、3D降噪處理以及強制彩轉黑等圖像增強方式，即便在夜間，其依然可以獲得良好的圖像畫(huà)質(zhì)。當然，適當的補光措施也是非常有必要的。

　　此外，高清網(wǎng)絡(luò )一體化攝像機將視頻、云臺控制、報警和供電等都向網(wǎng)絡(luò )化集成，具有SD卡本地錄像存儲、運動(dòng)視頻圖像偵測、PoE供電、WiFi等功能，真正實(shí)現一線(xiàn)通。

　　一體化攝像機發(fā)展趨勢

　　除了在低照度、寬動(dòng)態(tài)等方面具備高超表現外，一體機也在眾多特殊應用場(chǎng)合“施展身手”，比如與紅外云臺配合實(shí)現紅外燈的變焦同步，與高速云臺配合實(shí)現長(cháng)焦限速等。此外，一體機(或機芯)與球機或云臺配合還能實(shí)現一些自動(dòng)跟蹤的功能。這些都是未來(lái)攝像機發(fā)展的方向。

　　當然，有人會(huì )問(wèn)：槍機會(huì )被淘汰么？筆者認為不會(huì )。如同模擬監控和網(wǎng)絡(luò )監控將長(cháng)期并存一樣，傳統槍型攝像機和一體化攝像機也將在相當長(cháng)的范圍內長(cháng)期并存。傳統槍型攝像機主要用于一些特殊場(chǎng)合，比如需要實(shí)現超遠距離監控和透霧監控的場(chǎng)景，如森林防火監測，邊境、海岸線(xiàn)巡防等，這種專(zhuān)用鏡頭的倍數非常高，體積也非常大，如果這樣的鏡頭要內建，那么內建出的一體化攝像機可以稱(chēng)之為“龐然大物”。但筆者認為，固定槍型攝像機終將是一體機的天下，一體化攝像機將大行其道。

　　一體化攝像機優(yōu)勢是顯而易見(jiàn)的，它以體積小巧、自動(dòng)聚焦、穩定性好、在安裝和控制方面所具有的優(yōu)勢，被越來(lái)越多的客戶(hù)接受。而目前市場(chǎng)上高清網(wǎng)絡(luò )一體化攝像機(和機芯)還不是很多。隨著(zhù)一體化攝像機精密集成電子技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)成本的下降，一體化攝像機勢必甩掉“價(jià)格高昂”的帽子。而用戶(hù)對一體化攝像機的剛性需求給一體機發(fā)展帶來(lái)新的契機，敏銳的攝像機廠(chǎng)商已經(jīng)研發(fā)生產(chǎn)出可以取代槍機的一體機。隨著(zhù)后續技術(shù)的完善和產(chǎn)量的提升，高清一體機產(chǎn)品的價(jià)格將會(huì )越來(lái)越低，一體機的普及將銳不可擋。