文/湯凱

　　 何以應(yīng)運(yùn)而生
        低照度攝像機(jī)其實(shí)在以前就出現(xiàn)過(guò)，由于技術(shù)發(fā)展的緩慢和研發(fā)的滯后，沒有第一時(shí)間把其技術(shù)和功能全部貢獻(xiàn)到社會(huì)公共安全領(lǐng)域中。傳統(tǒng)的低照度攝像機(jī)有日夜轉(zhuǎn)換型和慢快門型兩種，但近幾年風(fēng)靡安防領(lǐng)域的新型低照度攝像機(jī)受到廣泛青睞。日夜轉(zhuǎn)換型攝像機(jī)是目前夜間的主流，憑其經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、技術(shù)成熟的特點(diǎn)成為監(jiān)控行業(yè)的一枝獨(dú)秀，但是局限于只能在夜間提供黑白圖像。而慢快門型是通過(guò)降低視頻幀率來(lái)提高圖像亮度，對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體的監(jiān)控有拖尾現(xiàn)象，所以一般不常用。新型低照度攝像機(jī)能在夜晚實(shí)現(xiàn)彩色圖像監(jiān)控，還能適應(yīng)不同監(jiān)控要求，但其價(jià)格相對(duì)昂貴，待價(jià)格穩(wěn)定以及技術(shù)成熟后，將會(huì)有很好的應(yīng)用前景。
       何以與眾不同
       低照度攝像機(jī)因其在黑夜里可以得到的畫面可以媲美普通攝像機(jī)在白天里監(jiān)控的彩色畫面，這使得超低照度在安防監(jiān)控領(lǐng)域占得一席之地。然而現(xiàn)如今安防行業(yè)的攝像機(jī)類型和應(yīng)用現(xiàn)狀如何呢?那么它與各類監(jiān)控?cái)z像機(jī)的成像方式有什么不同?
        百花齊放
       在安全防范系統(tǒng)中，安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)圖像的生成主要源于CCD攝像機(jī)，以色彩劃分可分為彩色和黑色兩種，彩色主要適用于景物的細(xì)部辨別，而黑白則是用于光線不足地區(qū)及夜間無(wú)法安裝照明設(shè)備的地區(qū)。按靈敏度劃分為普通、月光和星光以及紅外照明型，星其中光級(jí)正常工作的照度在0.01lux一下。當(dāng)今現(xiàn)在安防網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的發(fā)展更加趨于高清明朗化，低照度攝像機(jī)的普及和步伐的加速，智能化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，在融合3G、4G技術(shù)由模擬向數(shù)字變革，這也是當(dāng)下安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)的現(xiàn)狀。

　　        北京中電興發(fā)科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱為中電興發(fā))設(shè)計(jì)集成開發(fā)總裁周超介紹，在星光級(jí)低照度環(huán)境成像方面上來(lái)看，對(duì)于目前低照度環(huán)境下成像的應(yīng)用技術(shù)，周總有著獨(dú)特的理解和看法，他認(rèn)為，目前對(duì)低照環(huán)境下的成像應(yīng)用技術(shù)主要有紅外熱成像、主動(dòng)紅外、幀累積、ULLS超微光感知等。紅外熱成像的夜間效果是比較好的，但只能局限于夜間，而且無(wú)法顯示人眼正常的成像效果，對(duì)于顯示的反白效果不是很多人都能接受，另外，現(xiàn)階段，由于熱成像攝像機(jī)的價(jià)格比較昂貴，只能應(yīng)到一些特殊領(lǐng)域，如數(shù)字化軍隊(duì)等。主動(dòng)紅外攝像機(jī)，應(yīng)用于對(duì)于低照要求非常高的環(huán)境下，紅外燈發(fā)熱過(guò)高、功率過(guò)大是現(xiàn)階段應(yīng)用普遍存在的問題，在高溫下，LED芯片、攝像機(jī)和封裝LED的環(huán)氧樹脂都容易加速老化，使紅外攝像機(jī)的使用壽命大大縮短。幀累積攝像機(jī)，是通過(guò)延長(zhǎng)曝光時(shí)間來(lái)提升圖像畫面亮度，幀累積慢快門攝像機(jī)常常被用于對(duì)靜態(tài)事物的監(jiān)視，而不建議用在非靜態(tài)應(yīng)用。ULLS超微光感知，是用硬件來(lái)提升產(chǎn)品性能，采用國(guó)際最先進(jìn)的圖像傳感器設(shè)計(jì)技術(shù)，不僅體積小、速度快、功耗低，并且具有高靈敏度、高信噪比、高動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)。四川艾普視達(dá)數(shù)碼科技有限公司(簡(jiǎn)稱艾普視達(dá))市場(chǎng)部范清華向筆者透露，低照度攝像機(jī)成像的核心技術(shù)就是大靶面的Sensor加上高性能圖像處理芯片再配上低照度圖像增強(qiáng)處理算方法，言簡(jiǎn)意賅的介紹了低照度的核心。

       
         各類攝像機(jī)技術(shù)構(gòu)架
        隨著安防行業(yè)的歷久彌新，攝像機(jī)的進(jìn)化也是毫不放慢腳步，相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)，現(xiàn)在更多的是數(shù)字高清網(wǎng)絡(luò)，而這些攝像機(jī)的技術(shù)架構(gòu)也是大同小異。傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)，就是通過(guò)圖像傳感器采集視頻信息，然后直接輸出是模擬的視頻信號(hào)，通過(guò)視頻線對(duì)外輸出。現(xiàn)在攝像機(jī)的圖像傳感器主要有2種，即CMOS和CCD。視頻編碼器把CCD的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化編碼，現(xiàn)在主要的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)有MJPEG、MPEG4和H.265，其次網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和控制接口也是監(jiān)控?cái)z像機(jī)的重要架構(gòu)。
         何以脫穎而出
       在“平安城市”項(xiàng)目、金融、文博、酒店等安防監(jiān)控場(chǎng)合，對(duì)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的性能要求越來(lái)越高，常規(guī)性攝像機(jī)無(wú)法滿足24小時(shí)連續(xù)監(jiān)控的需求，再加上特殊場(chǎng)合不允許光線照射的地方，如博物館，這些也都給普通監(jiān)控?cái)z像機(jī)上了一道難題。也正是現(xiàn)在常規(guī)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的不足之處。
        平凡?不平凡!
       天地偉業(yè)產(chǎn)品經(jīng)理郭輝介紹，目前市面上很多廠家都宣稱有自己的低照、星光產(chǎn)品，但是這里面很多有偷換概念的成分。真正意義的高清星光應(yīng)為在0.002lux的照度下，還原出彩色、無(wú)拖尾的分辨率不小于1080P的流暢圖像。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行衡量的話，市面上能滿足的產(chǎn)品可以說(shuō)是鳳毛麟角，這主要是有兩方面的原因：首先是傳感器的選擇。眾所周知，同樣感光面積的圖像傳感器，像素越高，分配到每個(gè)像素的感光面積就越小，一個(gè)曝光周期內(nèi)的通光量就越小，低照度效果就越差。比如都是1/3英寸的傳感器，普通模擬攝像機(jī)大約為30萬(wàn)像素，而高清攝像機(jī)則至少是200萬(wàn)像素，像素點(diǎn)是模擬攝像機(jī)的8倍，而每一個(gè)像素的感光面積則只有模擬攝像機(jī)的1/8，如果不采用高新技術(shù)的傳感器，其高清畫質(zhì)在夜間會(huì)慘不忍睹。目前市面上低照效果好的傳感器主要集中在索尼、Aptina等一些傳感器廠家。以索尼為例，其STARVIS系列傳感器，采用背照式像素技術(shù)，相對(duì)于前照式的影像傳感器，由于從沒有配線或電路等障礙物的背面獲取影像，能夠?qū)⒏鼜V范圍的光采集到光電二極管，具有每1µm2 2000mV或以上的感光度。滿足監(jiān)控?cái)z像頭用途所需的夜間拍攝的感光度性能從可見光區(qū)域擴(kuò)大到近紅外區(qū)域。不僅可在黑暗的環(huán)境中明亮地拍攝，由于還能夠高效地獲取近紅外光，因此在夜間也能清晰地拍攝。

　　       其次是ISP的調(diào)整，經(jīng)?？梢栽谑忻嫔细骷倚ЧM(jìn)行PK的時(shí)候發(fā)現(xiàn)同樣的方案，同樣的傳感器，但是各個(gè)廠家的低照效果卻大相徑庭。在低照效果成像的ISP處理方面，降噪處理和伽馬曲線調(diào)整就是很重要的圖像處理過(guò)程，噪點(diǎn)會(huì)使圖像顯得不清晰，但降噪處理不當(dāng)又會(huì)造成嚴(yán)重的霧感、拖影，損失細(xì)節(jié)等現(xiàn)象。伽馬曲線數(shù)值設(shè)置的過(guò)高會(huì)讓畫面的對(duì)比度增加，畫面變暗，畫質(zhì)通透，但是會(huì)丟失細(xì)節(jié);伽馬曲線數(shù)值設(shè)置的過(guò)低又會(huì)使圖像變亮，細(xì)節(jié)會(huì)增加，但是畫質(zhì)通透度變差。所以即使基于相同的硬件平臺(tái)，產(chǎn)品的最終效果也各有不同，這其中就體現(xiàn)了不同廠家的研發(fā)能力。
          何以出類拔萃
         針對(duì)于不同的攝像機(jī)其內(nèi)部架構(gòu)亦是截然不同，那么超星光級(jí)攝像機(jī)如何呢?中興力維的硬件開發(fā)部算法工程師李林認(rèn)為，星光級(jí)低照度攝像機(jī)一般采用靶面尺寸較大成像傳感器，但是最終體現(xiàn)傳感器低照度性能的是單位面積的進(jìn)光量多少。即相同尺寸的傳感器像素?cái)?shù)越少，每個(gè)像素吸收到環(huán)境中的光線就會(huì)越多，低照度效果越好。在具體實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮分辨率(像素?cái)?shù))與低照度(靶面尺寸)的需求。星光級(jí)低照度攝像機(jī)要求處理芯片具備較強(qiáng)的計(jì)算能力，能夠滿足算法自動(dòng)適應(yīng)低照度環(huán)境的變化。自動(dòng)增益和數(shù)字降噪是低照度攝像機(jī)常用到的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)自動(dòng)增益控制能使低照度下圖像的亮度維持在理想狀況，同時(shí)也能自動(dòng)控制噪聲的大小。低照度環(huán)境會(huì)給圖像帶來(lái)噪聲，噪聲的存在會(huì)降低圖像的清晰度，數(shù)字降噪技術(shù)能夠提過(guò)濾噪聲，顯示較為純凈的畫面，提高圖像的清晰度，看清更多的夜間物體細(xì)節(jié)。

　　 讓星光加點(diǎn)“智能”
         現(xiàn)在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)智能化控制技術(shù)了，至于在超星光級(jí)攝像機(jī)植入智能分析、透霧等算法，科達(dá)產(chǎn)品經(jīng)理胡寶建覺得，智能分析前端化已經(jīng)成為安防監(jiān)控的一種趨勢(shì)，在星光級(jí)超低照度攝像機(jī)上植入智能算法將會(huì)給用戶帶來(lái)更多的實(shí)用價(jià)值。感知型、星光級(jí)超低照度攝像機(jī)可檢測(cè)視野范圍內(nèi)的所有運(yùn)動(dòng)物體，并對(duì)人車進(jìn)行分類，輸出顏色、方向、速度等豐富的語(yǔ)義信息，尤其在凌晨、黃昏光線不太理想的時(shí)段效果明顯提升，其在如今海量監(jiān)控視頻的大數(shù)據(jù)時(shí)代將發(fā)揮無(wú)法估量的作用。
       博世安防系統(tǒng)視頻監(jiān)控產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理鄧剛還向筆者介紹如何優(yōu)化攝像機(jī)的降噪技術(shù)能最大程度濾除不必要的噪聲干擾是星光級(jí)低照度技術(shù)的關(guān)鍵。從技術(shù)上看，防暴及惡劣環(huán)境都有對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)專門的芯片來(lái)完成智能分析的工作，不會(huì)影響成像，包括透霧技術(shù)。不會(huì)影響設(shè)備，反而會(huì)進(jìn)一步攝像機(jī)適應(yīng)的范圍和對(duì)客戶的增值。
         道路方興未艾
        博康智能網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司產(chǎn)品工程師李俊飛表示，隨著安防監(jiān)控由高端專用領(lǐng)域日趨民用化，攝像機(jī)的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，很多監(jiān)控條件差、光線昏暗的地方也要求安裝功能多樣的攝像機(jī)，尤其是低照度攝像機(jī)。為了滿足全天候24小時(shí)監(jiān)控的需求，新技術(shù)型的低照度攝像機(jī)必將成為了市場(chǎng)的新寵。
         眾所周知，同樣感光面積的圖像傳感器，像素越高，分配到每個(gè)像素的感光面積便越小，接收到的光子數(shù)量也越少，隨之低照度性能就越差，因此不少人將僅有幾十萬(wàn)像素的模擬攝像機(jī)同上百萬(wàn)像素的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)進(jìn)行低照度對(duì)比，并錯(cuò)誤地認(rèn)為低照度是數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的軟肋。事實(shí)上，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)在低照度方面不斷改良完善，已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)也越來(lái)越好。低照度性能的改良將加速高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在安防領(lǐng)域的普及步伐，加快星光級(jí)高清監(jiān)控大時(shí)代的進(jìn)程。

　　 在平安城市、城市交通、軌道交通、高速公路等領(lǐng)域，監(jiān)控區(qū)域的夜間光照不足，不可能大規(guī)模安裝補(bǔ)光照明設(shè)施。低照度攝像機(jī)可依靠自身的性能，對(duì)外部環(huán)境的依賴較小，在微弱光照下可獲得較好的監(jiān)控效果;在特殊場(chǎng)合中，能實(shí)現(xiàn)夜間的隱蔽監(jiān)控。如，高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)中，車輛進(jìn)入收費(fèi)站后車燈打開，環(huán)境光源與車牌的照度形成了一定的動(dòng)態(tài)范圍，傳統(tǒng)攝像機(jī)無(wú)法清晰識(shí)別車牌。在無(wú)輔助補(bǔ)光去情況下，低照度攝像機(jī)能對(duì)收費(fèi)站的車道、收費(fèi)廣場(chǎng)、收費(fèi)亭的收費(fèi)情況，進(jìn)行觀察和記錄。艾普視達(dá)的范清華還表示，看得更清、分辨率更高、照度更好、更低圖像噪點(diǎn)是人們所追求和不懈努力的方向，超低照度網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)研發(fā)也將是AipStar未來(lái)的重點(diǎn)之一。
        隨著平安城市、智能交通等應(yīng)用的推動(dòng)，星光級(jí)低照度攝像機(jī)的使用將會(huì)更加普及，由于當(dāng)前技術(shù)水平與開發(fā)有待提高，使得低照度攝像機(jī)成本偏高，讓客戶的預(yù)算成本增加，這也是低照度目前市場(chǎng)的一根軟肋無(wú)論是現(xiàn)在還是以后的城市、交通以及安保都需要低照度保駕護(hù)航，相信技術(shù)的成熟會(huì)讓它成本更親民，更加貼近我們的生活，讓生活、交通更加光明。

溯洄從之，道阻且長(zhǎng)——低照度的荊棘之路

光之逆者，低照度監(jiān)控技術(shù)