文//胡雪菲 霍尼韋爾安防集團(tuán)

　　視頻監(jiān)控是安防自動化中的主體，目前安防市場高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控異軍突起，得到迅速發(fā)展，解決了白天錄像細(xì)節(jié)取證數(shù)據(jù)，但夜間光線不足時無法捕捉到清晰高質(zhì)量的畫面，夜間畫面失去高清價值，讓用戶非常困擾。為此，業(yè)界廠商紛紛推出多樣化的解決方案。作為全球安防市場領(lǐng)導(dǎo)廠商，筆者公司對此有著全面而深刻的見解，不僅要保證產(chǎn)品在白天有著出色的表現(xiàn)，同樣也必須能提供不俗的夜間高清監(jiān)控效果!從圖像采集的CMOS傳感器、鏡頭選用，到編解碼SoC相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，配合高效的激光補(bǔ)光，可以使產(chǎn)品帶來了滿意的夜視監(jiān)控效果，讓我們來一探究竟!

　　采用星光級Exmor R背照式CMOS傳感器

　　眾所周知，低照度是指攝像機(jī)在低照度的環(huán)境下的圖像細(xì)節(jié)還原能力，也是選擇攝像機(jī)夜視效果指標(biāo)之一，同樣感光面積的圖像傳感器，像素越高，分配到每個像素的感光面積就越小，一個曝光周期內(nèi)的通光量就越小，低照度效果就越差，當(dāng)然增大傳感器面積尺寸，成本會高出幾十倍，顯然無市場優(yōu)勢。

　　1、Exmor R : 背照式CMOS圖像傳感器技術(shù)。背照技術(shù)能有效改善傳統(tǒng)CMOS感光元件感光度不足的問題，其采用了和普通方法相反方向在沒有布線層的一面接收光線的背面照射技術(shù)，由于不受金屬線路和晶體管的阻礙，開口率(光電轉(zhuǎn)換部分在一個像素中所占的面積比率)可提高至近100%，因此，這類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、性價比更高。

　　2、NIR：其光電檢測器采用最適于捕捉近紅外光的構(gòu)造，可以高效地捕捉近紅外光，即使在黑暗中也能提供清晰的影像。

　　3、WDR：DOL (digital overlap)寬動態(tài)技術(shù)，使逆光環(huán)境拍攝到的明暗畫面細(xì)節(jié)更清晰、無色差、重影、拖尾等，克服了傳統(tǒng)寬動態(tài)技術(shù)缺陷。

　　4Pregius: 采用低噪點(diǎn)CCD結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了高畫質(zhì)的有源像素型CMOS影像傳感器全局快門像素技術(shù)。在工業(yè)應(yīng)用中，很多時候需要識別高速移動被攝體的正確形狀，由于以往的CMOS影像傳感器的電子快門功能為卷簾式快門，在原理上無法避免焦平面失真的發(fā)生，類似問題在此技術(shù)中都得到了較好的改善。

　　采用 AF鏡頭

　　攝像機(jī)鏡頭如同人的眼睛一樣重要，好的鏡頭能拍攝出日夜清晰、色彩真實的畫面，也是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的最關(guān)鍵設(shè)備，它的質(zhì)量(指標(biāo))優(yōu)勢直接影響攝像機(jī)的整機(jī)指標(biāo)。因此，攝像機(jī)鏡頭的選擇是否恰當(dāng)既關(guān)系到系統(tǒng)圖像質(zhì)量，也直接影響到照度及夜視效果。專業(yè)感紅外的鏡頭采用特殊的鏡片，能做到把430~900nm 甚至更長波段范圍的光線都聚集到同一平面上，所以不管白天還是夜視都能獲得更清晰的圖像。由于鏡片材料特殊，又關(guān)系到工程造價，我們必須從鏡頭工藝技術(shù)來提高鏡頭質(zhì)量。

　　1、通透率：選用光學(xué)玻璃材質(zhì)純度高、多枚非球面鏡片組合、多次研磨、鍍膜來充分增強(qiáng)通透率達(dá)97%以上、紅外光修正等。鍍膜控制430~900nm 甚至更長波段范圍的光線都聚集到同一平面上，白天和夜間紅外下都保證清晰不失焦或偏焦，對鍍膜工藝的精確控制也是鏡頭清晰度的決定因素之一，也是決定鏡頭好壞的主要技術(shù)。

　　2、進(jìn)光量F：即F=f(焦距)/D(直徑)，也就是通常說的光圈大小，光圈越大，進(jìn)光量越多，夜視照度就越好，景深就越短;光圈越小，進(jìn)光量越少，夜視照度就越差，景深就越長。當(dāng)然F值越小，鏡頭的價格越貴，工藝要求難度越大。

　　3、智能雙濾光片：白天可以阻止紅外光對圖像的干擾，夜晚可以增強(qiáng)低照度下的圖像畫質(zhì)。這種雙濾光片切換技術(shù)可使攝像機(jī)在白天獲得色彩逼真的高品質(zhì)圖像，在黑暗環(huán)境中則提供高敏感度的黑白圖像。

　　4、防水鏡片：鏡頭前面的外殼防水鏡片鍍有增透膜，使光線不受鏡片反射而減低清晰度和圖像效果，為能及時清理雨水和灰塵不影響日夜圖像效果，特別設(shè)計雨刷功能，同時為避免內(nèi)外溫差過大導(dǎo)致起霧加裝了加熱和風(fēng)扇系統(tǒng)。

　　5、自動聚焦算法：AF優(yōu)點(diǎn)是景深大，拍攝的清晰范圍廣，采用最新的VMC驅(qū)動機(jī)制及“爬坡算法”，比傳統(tǒng)FF模組像素解析力高一半，但算法技術(shù)難度非常高。變焦AF鏡頭，是通過鏡頭、物體和焦點(diǎn)三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。當(dāng)成像面在水平方向運(yùn)動的時候，視覺和焦距就會發(fā)生變化，更遠(yuǎn)的景物變得更清晰，讓人感覺像物體遞進(jìn)的感覺。

　　采用高性能圖像編解碼處理芯片

　　視頻編碼器在監(jiān)控系統(tǒng)中的作用是將前端圖像、拾音器等設(shè)備采集到的音視頻信號經(jīng)過壓縮編碼，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶蠖说谋O(jiān)控中心，主要是提供視頻壓縮或解壓功能，但不同品牌型號處理器編解碼能力不同，低碼流、高畫質(zhì)、壓縮比高等是市場關(guān)注最高的。

　　1、低碼流：可靠有效的編碼算法，是芯片低功耗、高視頻壓縮比率、低帶寬低存儲、快速移動物體無拖尾的有利保障。

　　2、圖像處理：4A自動控制在任何場景中均可以獲得色彩逼真、清晰的圖像畫面，自動白平衡AWB、自動增益AGC、自動曝光AE和自動光圈校正AI，4A自動控制技術(shù)是衡量網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)廠商技術(shù)水平的重要標(biāo)志。3D-MCTF數(shù)字降噪、幀累積、AGC技術(shù)也在提升夜視圖像效果的同時使得畫面清晰干凈。

　　3、軟件補(bǔ)償算法：隨著圖像傳感器技術(shù)的提高，以及圖像降噪算法的應(yīng)用，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的低照度效果越來越好。由于高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的低照度下，圖像噪點(diǎn)會比光線較好時增加很多，各種數(shù)字圖像降噪算法也陸續(xù)應(yīng)用于高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。比如，處理靜態(tài)畫面時使用三維濾波，而動態(tài)時則使用二維濾波。最佳方式是采用兩種降噪算法結(jié)合使用，可以保留重要的細(xì)節(jié)，使圖像更加平滑，并可以盡量減少運(yùn)動物體形成的拖影，同時極大的改善視頻的閃爍感。降噪的處理上還可以通過畫面取樣的細(xì)分、處理算法的提升、自動增益細(xì)化等來改善低照度攝像機(jī)的效果，處理完畢后再進(jìn)行圖像合并，出來的畫面效果顯得更加清晰和細(xì)膩。

　　4、智能算法：融入ROI感興區(qū)域、虛焦偵測、音頻異常偵測、人臉偵測、動態(tài)偵測、入侵偵測等算法，有效提升夜間識別人、車等動態(tài)物體，通過自動變倍放大獲取更細(xì)節(jié)畫面。

　　采用智能激光紅外補(bǔ)光技術(shù)

　　低照度傳感器攝像機(jī)在搭配激光紅外智能補(bǔ)光，可以說0Lux照度下，人眼看不見的環(huán)境下使得攝像機(jī)依然能夠拍攝到清晰可見畫面，實現(xiàn)真正意義上的日夜型無間斷監(jiān)控，是平安城市、智能建筑、機(jī)場、港口等領(lǐng)域的最佳選擇，普通紅外的效率相對激光要差很多，為夜視效果做到極致必須選擇更好的補(bǔ)光源——激光紅外。

　　1、激光紅外燈距離遠(yuǎn)：產(chǎn)品照射距離30~500米，最遠(yuǎn)可達(dá)3000米;

　　2、激光紅外燈低功耗高效率：激光紅外燈2W夜視100米，普通紅外燈30W夜視15米;

　　3、激光紅外燈亮度強(qiáng)：同等距離，激光亮度是LED紅外燈的3倍以上，透霧能力強(qiáng)。

　　4、壽命長：高效的電光轉(zhuǎn)換率65%，使激光功耗非常小熱量小衰減極少。

　　5、智能分組控制：軟件算法控制，分析獲取鏡頭在不同倍數(shù)時激光燈自動智能遠(yuǎn)中近分組開啟，而延長使用壽命和有效利用，保證夜視圖像不過曝、無光暈、亮度均衡等。

　　供電和網(wǎng)絡(luò)傳輸是在工程施工和安裝時，要特別注意的事項，保證供電電源，如延長電源線或集中供電，夜間紅外開啟后，負(fù)載加大而電壓嚴(yán)重衰減，是紅外雖然開啟機(jī)器工作正常，但紅外功率不夠，嚴(yán)重影響夜視效果。

　　如網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)對供電有著相當(dāng)嚴(yán)格的要求，據(jù)有關(guān)技術(shù)人員計算，須給每臺網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)DC 10.5~12.26V的電壓，2A的電流，如若沒有達(dá)到這個數(shù)據(jù)的話，在工程里，我們就經(jīng)常碰到紅外燈功率不夠夜視差、IR-CUT的沒有進(jìn)行切換而夜視差等問題，而將電壓、電流調(diào)至上述標(biāo)準(zhǔn)之后，效果有明顯改善。

　　總之，夜視效果是當(dāng)今高清攝像機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，夜視效果也是能讓市場認(rèn)可產(chǎn)品的重要評判標(biāo)準(zhǔn)。90%以上的治安案件都是發(fā)生在夜間，這是國際上統(tǒng)計的數(shù)字。所以夜間監(jiān)控比白天監(jiān)控更重要。一線大城市夜間照明已經(jīng)足夠了，成像清晰度較好。但是中國大部分城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)夜幕降臨以后皆是一片黑暗，所以夜視效果是攝像機(jī)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。另外，在沒有條件外加光源的監(jiān)控場地，也需要使用紅外夜視攝像機(jī)，例如室外或者有大片空地的場景。在這種情況下，低照攝像機(jī)顯示的圖像效果還是很差，這時候也必須用紅外夜視攝像機(jī)，以便得到更清晰的圖像。

　　對攝像機(jī)夜視效果而言，改善攝像機(jī)的最低照度和紅外效果來提升圖像質(zhì)量是各大廠商努力的目標(biāo)，監(jiān)控環(huán)境一直在改變，對攝像機(jī)的夜視性能要求以低成本及高效率的性價比來滿足市場，因此攝像機(jī)夜視在性能上的提升絕非就此止步，而是將不斷進(jìn)步以滿足在復(fù)雜環(huán)境下人們對清晰監(jiān)控的應(yīng)用和需求。