前言--應(yīng)對(duì)當(dāng)前的視頻監(jiān)控的挑戰(zhàn)

　　具有日夜轉(zhuǎn)換功能的攝像機(jī)專門用于室外安裝或光照不好的室內(nèi)環(huán)境。這類網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在白天提供彩色圖像，當(dāng)光線減弱時(shí)，攝像機(jī)能自動(dòng)轉(zhuǎn)換為夜晚模式，利用近紅外(IR)光來提供黑白圖像。尤其是在多變的室外光照條件下，要保持圖像清晰度和低噪聲，是不很簡(jiǎn)單之事。這個(gè)問題在安全應(yīng)用中特別重要，這是因?yàn)橛糜诒O(jiān)控黑暗小巷或者光線昏暗走廊的 IP監(jiān)控?cái)z像機(jī)提供的視頻流往往模糊、像素化、不清楚，而且對(duì)比度差。低質(zhì)量的視頻流往往會(huì)造成面部無法識(shí)別或者完全錯(cuò)過所發(fā)生的事件，大大影響視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)用性。

　　對(duì)此理想的解決方案就是增強(qiáng)IP攝像機(jī)的低照度性能，使之能夠在較低光線下實(shí)現(xiàn)更高的工作效率，提供清晰銳利的圖像。如今具有革命性的Lightfinder(覓光者)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已聞世。該項(xiàng)技術(shù)是傳感器和鏡頭精心搭配的結(jié)果，同時(shí)結(jié)合了圖像數(shù)據(jù)的精細(xì)處理。各種因素(傳感器、鏡頭、內(nèi)部芯片開發(fā)和圖像處理技術(shù))的融合確保了采用此項(xiàng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異性能，同時(shí)全新的光圈控制以提高百萬像素與HDTV網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等新技術(shù)也伴隨應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)此本文將對(duì)基于Lightfinder(覓光者)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在惡劣光線條件下的應(yīng)用&特征，以及全新的光圈控制技術(shù)獨(dú)特的功能作分析說明。

　　獨(dú)有的Lightfinder(覓光者)技術(shù)新理念與應(yīng)用

　　監(jiān)控IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)基本架構(gòu) 監(jiān)控IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是基于數(shù)字媒體處理器的IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)，其基本架構(gòu)方框圖，見圖1所示。它擁有出色的視頻和音頻質(zhì)量，并且具有時(shí)間戳、PoE 和視頻分析功能。視頻監(jiān)控的世界正在朝著 IP 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以定義為將網(wǎng)絡(luò)和視頻處理功能融為一體的攝像機(jī)。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)擁有自身的 IP 地址和處理網(wǎng)絡(luò)通信所需的計(jì)算功能。它可以通過網(wǎng)絡(luò)采集和傳輸實(shí)時(shí)畫面，隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看和用戶控制。如用TI 的DSP可用于對(duì)具有各種標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)視頻格式的圖像進(jìn)行壓縮。此外，TI的DSP 使您能夠使用智能圖像分析功能和各種類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持。數(shù)字視頻傳輸將很快成為安全與監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。有線和無線鏈接都很關(guān)注安全與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

　　圖1中的視頻內(nèi)容分析處理器通過 IP 網(wǎng)絡(luò)(例如 LAN、內(nèi)部網(wǎng)或因特網(wǎng))處理多個(gè)攝像機(jī)輸入，數(shù)字化、壓縮并以流的方式傳輸數(shù)字媒體內(nèi)容，從而將模擬視頻系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)。用戶可以使用網(wǎng)絡(luò)上的任何本地計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)中的 Web 瀏覽器或應(yīng)用軟件來觀看生動(dòng)的畫面。用戶配置和控制也可以通過遠(yuǎn)程操作的方式來完成。

　　 所示為基于數(shù)字媒體處理器的 IP 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)架構(gòu)方框圖

　　該監(jiān)控IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也可用于在嵌入式應(yīng)用中采集視頻。攝像機(jī)采集 CMOS 或 CCD 傳感器的影像/視頻，將數(shù)據(jù)數(shù)字化，并且通常會(huì)執(zhí)行影像/視頻預(yù)處理算法和/或視頻壓縮。數(shù)據(jù)傳輸要求進(jìn)行視頻壓縮，以確保選擇的接口有足夠的帶寬。數(shù)據(jù)通常通過 USB 、無線ZigBee 傳輸?shù)街飨到y(tǒng)。

　　而其內(nèi)核系統(tǒng)包括：嵌入式處理器 - 嵌入式處理器內(nèi)的影像信號(hào)處理器 (ISP) 用于改進(jìn)采集自 CMOS 或 CCD 傳感器的影像質(zhì)量。ISP 通常在視頻壓縮前進(jìn)行預(yù)處理，如噪聲濾波和圖像穩(wěn)定;視頻接口 - CMOS/CCD 傳感器具有各種產(chǎn)品系列，CMOS 傳感器現(xiàn)在配備內(nèi)置 AFE(模擬前端)，因此，這些模塊的輸出已經(jīng)被數(shù)字化，并已做好進(jìn)行處理的準(zhǔn)備;音頻接口(語音 ADC)- 使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將音頻信號(hào)數(shù)字化。麥克風(fēng)陣列通過聚焦于輸入的聲音，改進(jìn)音頻壓縮質(zhì)量;

　　獨(dú)特的Lightfinder技術(shù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)與應(yīng)用

　　在圖1監(jiān)控IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)架構(gòu)基礎(chǔ)上，其獨(dú)特的Lightfinder技術(shù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)是整合了一款具有出色感光性的CMOS傳感器。但是，Lightfinder技術(shù)遠(yuǎn)不止是傳感器，而且具有成熟地可在網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品應(yīng)用旳圖像處理技術(shù);以及可設(shè)置過濾和銳度等級(jí)并可提供最佳圖像質(zhì)量的精密軟件。其傳感器和鏡頭的棈心選擇以及精細(xì)圖像處理技術(shù)保證了它在低光照條件下具有優(yōu)異性能。與任何模擬攝像機(jī)相比，Lightfinder技術(shù)可提供更高分辨率，且更加逼真的色彩，特別是在低光照條件下，與市場(chǎng)上的任何模擬攝像機(jī)相比，Lightfinder技術(shù)在降噪方面有大幅度提升，再加上傳感器的出色感光性，使該技術(shù)可提供一流的圖像質(zhì)量。而且，由于整合了Lightfinder技術(shù)的攝像機(jī)是數(shù)字的，因此它提供了眾多可能性，比如逐行掃描傳感器、視頻智能分析和視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用。

　　獨(dú)特Lightfinder技術(shù)令攝像機(jī)對(duì)弱光也極其敏感，即使在黑暗條件下也能有效“視物”。支持“動(dòng)態(tài)捕捉”功能的寬動(dòng)態(tài)范圍允許提供均質(zhì)的圖像。保證每一部分都不會(huì)太暗或太亮。該系列攝像機(jī)包括擴(kuò)展型D1分辨率攝像機(jī)和百萬像素的攝像機(jī)(該款攝像機(jī)還提供HDTV 720p視頻)。由于使用了以太網(wǎng)供電(PoE，IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn))，不再需要另敷供電電纜，這款攝像機(jī)的安裝非常容易。該攝像機(jī)還配備了一個(gè)SD/SDHC存儲(chǔ)卡插槽，便于在本地存儲(chǔ)記錄。該系列攝像機(jī)使用PoE和High PoE電源，可在-40 oC至50 oC溫度條件下正常工作。它們還具備獨(dú)特的“極溫控制”功能，可預(yù)熱攝像機(jī)模塊，從而在極低溫度條件下斷電后也能保證重啟。

　　因此Lightfinder技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是高感光性、出色的圖像質(zhì)量.低噪點(diǎn)但細(xì)節(jié)豐富，以及低光照條件下更好的色彩重現(xiàn)。

　　是應(yīng)用于低光照條件下室內(nèi)和室外監(jiān)測(cè)的理想方案

　　基于Lightfinder技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是低光照條件下室內(nèi)和室外監(jiān)測(cè)的理想解決方案，特別是當(dāng)用戶要求視頻中有色彩信息以加強(qiáng)物體的辨認(rèn)和識(shí)別時(shí)與傳統(tǒng)具有日夜轉(zhuǎn)換功能的攝像機(jī)在光線較暗的環(huán)境下轉(zhuǎn)換為黑白模式不同，基于Lightfinder技術(shù)的攝像機(jī)即使在光線非常暗的條件下也能保留色彩。在很多情況下，帶色彩的監(jiān)測(cè)視頻是成功識(shí)別的一個(gè)重要因素，這種功能極大地增加了用戶有效識(shí)別人物、車輛和事件的可能性。

　　這些攝像機(jī)在苛刻的視頻監(jiān)測(cè)應(yīng)用中尤其有用，它們可用于各種低光照應(yīng)用中，如停車場(chǎng)、城市監(jiān)測(cè)，校園和施工現(xiàn)場(chǎng)。Lightfinder技術(shù)可用于室外周邊環(huán)境，如發(fā)電廠、水處理廠、監(jiān)獄以及鐵路方面的監(jiān)測(cè)。在極低光照條件下，比如晚間可能只有一個(gè)燈光的施工現(xiàn)場(chǎng)，則用戶通常要為這些攝像機(jī)補(bǔ)充紅外照明裝置，但現(xiàn)在的Lightfinder技術(shù)的高感光性使得這種紅外照明裝置的補(bǔ)充在許多情況下就不必要了。

　　三款攝像機(jī)在晚間不同情境下的圖像作比較

　　下面將對(duì)傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)、高質(zhì)量低光照模擬攝像機(jī)和基于Lightfinder技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)三款攝像機(jī)在晚間不同情境下的圖像作比較。如圖2-1為傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)對(duì)晚間(晚上11：50)建筑入口監(jiān)測(cè)拍攝之圖像，其照度為4—6 lux。在某些光照條件下，模擬攝像機(jī)不能提供帶色彩的圖像。而圖2-2為用高質(zhì)量低光照模擬攝像機(jī)攝拍晚間(晚上11：50)建筑入口監(jiān)測(cè)圖像。圖2-3為基于Lightfinder技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)(如AXISQl602-E) 提供的圖像比高質(zhì)量低光照模擬攝像機(jī)的圖像噪點(diǎn)少。

　　 所示為傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)晚間(晚上11：50)建筑入口監(jiān)測(cè)之場(chǎng)景

　　 所示為高質(zhì)量低光照模擬攝像機(jī)攝拍晚間(晚上11：50)建筑入口監(jiān)測(cè)圖像

　　 所示為基于Lightfinder技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)提供的圖像，它比高質(zhì)量低光照模擬攝像機(jī)的圖像噪點(diǎn)少。

　　由此，打造有與Lightfinder技術(shù)同樣高感光性的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)將是分辨率更髙、感光性更好、圖像噪點(diǎn)更少的新成像技術(shù)關(guān)鍵。由于一直使用最新傳感器技術(shù)并不斷開發(fā)更智能的軟件，因而將繼續(xù)引領(lǐng)低光照產(chǎn)品研發(fā)和市場(chǎng)的快速應(yīng)用。

　　新型、革命性的精確光圈控件的開拓

　　百萬像素和HDTV網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)圖像質(zhì)量提髙的關(guān)鍵

　　精確光圈控件是一款創(chuàng)新解決方案，真正讓網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，尤其是百萬像素或HDTV網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)能夠在所有光照條件下都發(fā)揮最佳性能。借助良好景深，它能提供色彩艷麗、高分辨率的圖像。同時(shí)它還能避免在明亮環(huán)境中發(fā)生衍射。而且，這一切都是自動(dòng)完成的，這在室外視頻監(jiān)測(cè)應(yīng)用中非常有用。當(dāng)今要解決提高百萬像素和HDTV網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)圖像質(zhì)量的又一途徑是開發(fā)與應(yīng)用新型、革命性的精確光圈控件及技術(shù)。

　　雖然百萬像素或HDTV固定網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的出現(xiàn)是意味著更大的圖像分辨率，但并不一定意味著更高的圖像質(zhì)量。要保持圖像銳度，尤其是在多變的室外光照條件下，必須要有一款新型、革命性的精確光圈控件解決方案作支撐，其因是，現(xiàn)有鏡頭選擇有一定的局限性。

　　精確光圈控件不僅適用于百萬像素?cái)z像機(jī)，而且適用于所有固定網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。該系統(tǒng)可在所有光照條件下優(yōu)化光圈孔，從而得到具有更佳對(duì)比度、清晰度、分辨率和景深的圖像。簡(jiǎn)而言之，精確光圈控件意味著有更好的圖像銳度以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視操作者而言具有更高質(zhì)量圖像的可用性。這是為什么呢?據(jù)此應(yīng)作分析說明。

　　精確光圈控件的構(gòu)建及關(guān)鍵作用

　　精確光圈控件系統(tǒng)涉到一種對(duì)于光圈角色的全新認(rèn)識(shí)。系統(tǒng)由一個(gè)精確光圈鏡頭和攝像機(jī)專用軟件組成。軟件控制著精確光圈鏡頭中的電機(jī)，支持對(duì)光圈孔的自動(dòng)、精確控制。了解精確光圈控件關(guān)鍵是了解光圈如何影響圖像質(zhì)量。鏡頭光圈調(diào)節(jié)著光圈孔大小及穿過鏡頭的光的數(shù)量，以確保圖像可以正確曝光。如果沒有光圈，在非常明亮的環(huán)境中，圖像可能變得太亮，或如果鏡頭孔不夠大，沒有足夠光線進(jìn)入，則圖像可能變得太暗。光圈孔的大小還會(huì)影響圖像銳度和景深。景深是指在焦點(diǎn)前后物體同時(shí)清晰顯現(xiàn)的距離。大光圈孔將減少景深而小光圈孔將增加景深。

　　在許多監(jiān)測(cè)應(yīng)用中擁有良好的景深非常重要，因?yàn)樗梢宰尭鄨?chǎng)景清晰可見。比方在諸如長(zhǎng)廊或停車場(chǎng)的視頻監(jiān)測(cè)中，這特別有用。一般來說，光圈孔較小有助于提高圖像銳度，因?yàn)樗蓽p少光學(xué)誤差。當(dāng)全部鏡頭表面被使用時(shí)，所有的鏡頭都會(huì)產(chǎn)生某種像差。而圖3所示為景深示意。從圖3可看出擁有良好的景深，在此處可實(shí)現(xiàn)離攝像機(jī)遠(yuǎn)近不同的物體同時(shí)聚焦，這在許多安防監(jiān)測(cè)應(yīng)用中非常重要，因?yàn)樗梢宰尭鄨?chǎng)景清晰可見。

　　 為精確光圈控件景深示意圖

　　與精確光圈控件配合使用的是借助電子方法。即用增益(放大信號(hào)電平)和曝光時(shí)間一起來管理光照條件的微小變化，并進(jìn)一步優(yōu)化圖像。這使最佳光圈位置能保留盡可能長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)首選光圈位置和攝像機(jī)的電子處理能力不能充分調(diào)節(jié)曝光時(shí)，帶精確光圈控件的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)將自動(dòng)指示光圈移動(dòng)到不同位置。例如，在黑暗環(huán)境下，光圈將完全打開。在明亮的環(huán)境中，帶精確光圈控件的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)計(jì)為限定光圈關(guān)閉在某個(gè)位置以避免衍射或模糊。這樣，在所有光照條件下，精確光圈控件都能自動(dòng)調(diào)節(jié)提供最佳圖像質(zhì)量。圖4-1為精確光圈控件的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)拍攝的圖像與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)拍攝的圖像圖4-2之比較。相比之下圖4-1中具有鮮明對(duì)比度。

　　 為精確光圈控件的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)拍攝的具有鮮明對(duì)比度圖像

　　 為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)拍攝的圖像

　　現(xiàn)有鏡頭選擇

　　在推出精確光圈之前，固定監(jiān)測(cè)攝像機(jī)的鏡頭光圈控件可選類型分為固定、手動(dòng)或自動(dòng)三種。固定光圈的鏡頭不能調(diào)節(jié)光圈孔。對(duì)于手動(dòng)光圈鏡頭，光圈孔必須手動(dòng)調(diào)節(jié)。對(duì)于自動(dòng)光圈鏡頭，無論是DC光圈還是視頻光圈，都可根據(jù)光線亮度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)光圈孔。對(duì)于光線亮度恒定的室內(nèi)應(yīng)用，固定或手動(dòng)光圈鏡頭比較適用，因?yàn)闆]有必要不停地調(diào)節(jié)光圈孔。

　　后話--精確光圈控件技術(shù)呈現(xiàn)帶來的新效應(yīng)

　　由于精確光圈控件是一款創(chuàng)新解決方案(如安訊士網(wǎng)絡(luò)通訊有限公司旳P-iris)，真正讓網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，尤其是百萬像素或HDTV網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，能夠在所有光照條件下都發(fā)揮出最佳性能。借助良好景深，它能提供色彩艷麗、高分辨率的圖像。同時(shí)它還能避免在明亮環(huán)境中發(fā)生衍射。而且，這一切都是自動(dòng)完成的，這在室外視頻監(jiān)測(cè)應(yīng)用中非常有用。盡管精確光圈控件初始只應(yīng)用在少數(shù)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，但這項(xiàng)技術(shù)畢竟是視頻監(jiān)測(cè)攝像機(jī)的創(chuàng)新發(fā)展并有望成為新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(即重新定義視頻質(zhì)量)，必將逐歩推廣到整個(gè)安防監(jiān)控行業(yè)。

吳康 現(xiàn)任職于艾倫安控創(chuàng)新研究中心