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论发展至今的一体化摄像机之成败与得失

http://www.secu.hc360.com2015年01月05日11:00 来源:安防知识网T|T

    慧聪安防网讯    安防行业发展到今天,各种技术之水准已达至相当高度,行业对各种类型的摄像机,如枪型摄像机、球型摄像机、半球型摄像机、筒型摄像机等的设计制造可说轻架就熟了,而各种类型的摄像机依据其本身所固有的特点,在各自所擅长的领域内坚守着,如传统的枪型摄像机在便于安装的同时还能提供稳定的监控质量,球型摄像机则依据其大变倍与云台的灵活性,被较多地应用于大范围空旷场所的监控应用,而为其配上红外或激光照明灯后,其可应用的场所更是得以大幅扩充。说了这么多,本文究竟要谈论什么呢?既不是枪型摄像机,亦非球型摄像机,所要谈论的主角乃一体化摄像机。

    何以成就“一体化”

    在谈论一体化摄像机之前,有必要重申下一体化摄像机的定义,那就是将机身与镜头集成在一起,同时具备变倍与自动对焦功能的摄像机,严格来说,照这个定义来讲,球型摄像机可算是一体化摄像机了,但业界的普遍共识是球型摄像机不包括在一体化摄像机内,也因此,本文所要谈论的内容也不将球型摄像机囊括在内。

    由之前的叙述可知,一体化摄像机与常见的枪型摄像机并无本质上的不同,无非就是增加了具变倍与快速聚焦功能的镜头,也因此它的结构相对枪型摄像机而言会稍显复杂,一般由曲面镜片、步进电机驱动、光电图像处理主控板、自动变倍聚焦镜头、支架、机芯CCD控制板等几个关键部分组成(图1)。其运作过程大体可归结为:光线经由镜头进入摄像机的核心部件传感器上,但在进入传感器之前,还需经历两个过程,其一是进行光学变倍,光学变倍的目的在于对监控视野的掌控,如选择对远处景物的监控时需选择大的光学变倍,但此时的监控视野范围会较窄,而对近物的监控时当然是选择光学变倍较小甚至0变倍,此时的监控视野会较大,适合对大范围近距离的安全监控应用;其二是在光学变倍后,一体化摄像机还需经历一个自动聚焦的过程,聚焦的过程永远在光学变倍之后方能开展,因为聚焦需要一个相对稳定的画面,倘若一体化摄像机一直在各种光学变倍间来回切换或者摄像机本身一直在抖动,那么想得到清晰的监控画面是相当困难的,除非摄像机自身具备光学防抖功能,严格来说,即便是光学防抖功能的加入,也只是在轻微抖动或者有规律的抖动下方能见出成效,面对大幅度、无规则的抖动时依然是无计可施。在经历了这两个过程后,此时光学清晰的图像到达了一体化摄像机的传感器上将光信息转化为电信息,编码压缩后经过网络进行传输,在到达后端设备后还需进行电/光转换及解码处理方能在监视端显示画面,此便是一体化摄像机的整个运作过程,从中我们可以窥见,其与枪型摄像机的运作过程基本无异。

    画质“决定论”

    在一体化摄像机的设计及生产制造过程中,其监控质量(如清晰度、色彩、延迟、码流控制、低照度、宽动态等)要受到哪些因素的影响呢?“一体化摄像机的监控素质主要受Senor、芯片解决方案及图像处理技术的影响,如果Senor和芯片解决方案确定后,那么决定一体化摄像机监控素质的便主要是图像处理技术了。”杭州海康威视数字技术股份有限公司技术支持工程师童振华在面对笔者上述问题时如此回答。那么一体化摄像机详细的监控素质会受到哪些因素的影响呢?在此,笔者不妨对其稍作深度阐述。

    清晰度:清晰度对监控的重要性不言而喻,其直接体现出监控画面细节的丰富性,关键的性能指标是像素值,通常所言的200万或300万便是指此,在像素值相同时,决定清晰度表现的主要为镜头品质及传感器,高品质的镜头从其中心清晰度到边缘清晰度的折损会较小,品质差的镜头则相反;而传感器的差距则主要体现在感光面积及信噪比等方面,此外像码流、宽动态范围、编码压缩方案等因素亦会对清晰度造成影响;

    码流:其主要受到编码压缩算法方案的限制,码流的作用主要体现在网络带宽与存储上,也就是说在保证图像清晰流畅的基础上,找到一个恰如其分的值,使得其既能节省网络带宽亦能节省存储容量。当码流过高时,画面虽能保证清晰顺畅,但对网络带宽及存储造成太大压力,一旦大规模应用,成本将成为用户不能承受之痛;而码流过低则会降低画面清晰度,使其呈现马赛克现象。值得庆幸的是,或今明年,采用H.265编码压缩方式的产品很可能大规模批量上市,相对目前的H.264,H.265可用一半的带宽即可达成与其相同的监控效果,届时对带宽与存储的需求皆会降低50%左右,这不但可大大节约成本,对高清监控的广泛普及亦起到良好的促进作用;

    色彩:在谈论色彩前,先谈谈白平衡,白平衡是描述显示器中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标,最通俗的理解就是让白色所成的像依然为白色,这里又不得不提及色温这个概念,何为色温?简单地说就是定量地以开尔文温度来表示色彩,不同的颜色可用不同的温度来表示,我们在摄像机的IE设置界面通常可看到自动白平衡与手动白平衡的选项,其中手动白平衡就是针对当前环境的现状,通过调节,使当前的环境与其相应的色温吻合,从而让显示器呈现出准确的色彩来。此外,一些知名厂商通常会有自己独特的色彩风格,比如索尼产品的色彩通常比较浓郁,较为养眼;尼康产品的风格通常平实,准确,不会有太多的加工成分;

    灰阶:灰阶代表了由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别,这中间层级越多,所能够呈现的画面效果也就越细腻,其主要受到传感器的动态范围、宽动态算法和性能的影响,灰阶等级越高,其在强光、背光等特殊环境下的监控效果便越好;

    延迟:对延迟构成影响的主要为码流、网络以及编码算法。码流越低,延迟越少;网络越慢,延迟越长;编码压缩算法越先进,延迟亦越少。此外测试计算机本身的性能亦会对延迟构成影响。延迟主要影响到画面的实时性以及平台或客户端相应控制的速度和效率;

    低照度:一体化摄像机的低照度表现主要受镜头、传感器、降噪算法的影响,镜头对其的影响主要体现在通光量,即镜头的最大光圈,这点不难理解;传感器则是其感光器件的灵敏度会对低照度成像形成影响。在摄像机的像素值确定后,传感器的尺寸越大,那么其单位像素的感光面积便越大,灵敏度就越高,对光线便越敏感,低照度下的成像质量自然会更好了。此外可在软件方面提升低照度效果,如2D、3D降噪算法,帧累积技术等,由于安全事故多数发生在光线不佳条件下,摄像机的低照度性能将会越来越受重视,各大厂商在其上亦是发力频频;

    宽动态:宽动态一般是通过同一时间两次曝光,一次快,一次慢,然后进行合成,使场景中明与暗的部分皆得以清晰显示。其主要受到两方面的影响,其一是传感器,其影响在于前面所述的两次曝光,毫无疑问,这两次曝光后的图像画质表现主要受到传感器的影响;其二是宽动态算法,宽动态算法的影响主要在于两次曝光之后的图像合成上,前述的两次曝光中,快的曝光主要在于摘取画面中较为明亮位置的图像(此时较暗部分的图像往往会是漆黑一片),而慢的曝光则是为摘取画面中较暗部分的图像(此时较亮部分的图像往往是处于过曝状态,细节会被白光掩盖),宽动态算法经过比较权衡后,将两次曝光所产生的有效部分的画面进行合成,形成明与暗皆能清晰呈现的画面,其运作过程大体如此,由此可知,宽动态主要应用于前后景明暗反差较大的场景中。

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