視頻安防監(jiān)視系統(tǒng)日新月異，發(fā)展速度很快，并不斷自我創(chuàng)新，帶來一次又一次的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的改革。據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Frost&Sullivan的預(yù)測，到2010年，基于IP視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)將取代傳統(tǒng)的安防監(jiān)控系統(tǒng)，成為視頻安防監(jiān)視市場的主要構(gòu)成部分。
視頻安防監(jiān)視市場的發(fā)展
視頻安防監(jiān)視系統(tǒng)日新月異，發(fā)展速度很快。第一代視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)是以VCR為代表的傳統(tǒng)視頻安防監(jiān)控系統(tǒng);接著在上世紀(jì)90年代中期，以DVR為代表的第二代視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)在視頻安防監(jiān)控市場上,緊接著DVR系統(tǒng)又進(jìn)一步發(fā)展成為具有網(wǎng)絡(luò)功能的NVR系統(tǒng)；視頻安防監(jiān)視系統(tǒng)不斷自我創(chuàng)新，帶來了一次又一次視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的改革，目前正在蓬勃發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)，即IP視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)就是第三代安防監(jiān)控系統(tǒng)。據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Frost& Sullivan的預(yù)測，到2010年，基于IP視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)將取代傳統(tǒng)的安防監(jiān)控系統(tǒng)，而成為視頻安防監(jiān)視市場的主要構(gòu)成部分。圖1為該調(diào)研機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)分析圖。
由于技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的普及，市場越來越廣泛，監(jiān)控點(diǎn)也越來越多，監(jiān)控顯示器的數(shù)量也會(huì)隨之增加，僅依靠人力資源去監(jiān)控畫面，必然會(huì)因人眼的疲勞和人對(duì)物的專注力下降而導(dǎo)致監(jiān)控力度降低，判斷有誤，正所謂“智者千慮，必有一失”。為了防止人的勞累而導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷，需要增加工作人員數(shù)量，導(dǎo)致人力資源成本的提高。這些因素引起了人們對(duì)智能監(jiān)控的需求，各大IC廠商對(duì)此進(jìn)行了大規(guī)模的研究與開發(fā)，如目前Sharp 根據(jù)市場的發(fā)展趨勢(shì)開發(fā)出一顆智能圖象偵測芯片。它具備了“移動(dòng)偵測”、“人員訪問統(tǒng)計(jì)”、“人臉檢測”、“物品狀態(tài)檢測”、“安全駕駛檢測”等智能化功能。它與IP Camera相結(jié)合，可以一天24小時(shí)不間斷地對(duì)視頻進(jìn)行監(jiān)控,達(dá)到全天候的智能監(jiān)控需求，提高報(bào)警精確度及響應(yīng)速度,其可靠性更高，成本低廉，也節(jié)省了大量人力資源。智能化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)必將是視頻安防監(jiān)視市場的另一個(gè)高峰。
產(chǎn)品定位的變化，不僅是網(wǎng)絡(luò)的普及和市場需求所引導(dǎo)，其技術(shù)方面的發(fā)展和關(guān)鍵元件性能上的提升也有不可分割的關(guān)系。
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技術(shù)及性能上的發(fā)展
當(dāng)IP Camera產(chǎn)品逐漸被廣泛應(yīng)用的同時(shí)，人們對(duì)它可是“一則以喜，一則以懼”。所謂懼，就是其圖像質(zhì)量是否可以跟上需求。比如在超市里抓拍到小偷，但能否作為證據(jù)呢？這就要看圖像的細(xì)節(jié)是否足夠？在交通安全檢查方面，也同樣需要能夠看清楚車牌，這也需要非常高的分辨率。在夜晚的時(shí)候還需要非常高的靈敏度，才能看清物體。這些需求已經(jīng)超越了監(jiān)控器的限制——NTSC為525線，PAL為625線，為此各CCD廠商已經(jīng)作出了快速響應(yīng)。由圖2可以看出，應(yīng)用在安防領(lǐng)域的CCD已由過去的數(shù)十萬像素突破到百萬像素，如在同樣的監(jiān)控范圍內(nèi)，使用百萬像素的CCD 比過去數(shù)十萬像素的CCD分辨率要高1倍左右。而這樣的效果也只能在網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)品上才能體現(xiàn)出來，所以百萬像素的IP Camera出現(xiàn),提高了停車場、機(jī)場、學(xué)校等監(jiān)控應(yīng)用中的圖像質(zhì)量，也為法院提供了非常好的視頻監(jiān)控證據(jù)。
在CCD靈敏度方面，為了提高在低照度環(huán)境下面的圖像質(zhì)量和滿足各種市場的需求，各CCD廠商都在努力研究。比如某公司就在此方面做出了非常大的貢獻(xiàn),從圖3可以了解到，該公司所研究的CCD，其靈敏度由原來的1900毫伏提升到目前的2860毫伏,預(yù)計(jì)在2008年第四季度，將會(huì)將2008年第二季度退出市場的具有4290毫伏超高靈敏度的CCD正式生產(chǎn)。靈敏度的大幅度提升將解決在照度非常低的環(huán)境下，無法看清物體的問題，使安全防范更加到位。
當(dāng)前端的感應(yīng)器逐步升級(jí)的同時(shí)，后端的處理芯片也不甘示弱，為提高性能而作出非常大的努力。目前后端的處理芯片已經(jīng)升級(jí)到12位，比如LR38690，它增加了自動(dòng)聚焦功能, 增強(qiáng)了壓制色滾動(dòng)功能及提升了圖像性能。這些功能促使產(chǎn)品開發(fā)者更易開發(fā)出高圖像質(zhì)量且?guī)в凶詣?dòng)聚焦功能的IP Camera產(chǎn)品，使產(chǎn)品的性能錦上添花，具有更開闊的產(chǎn)品市場。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，帶寬也不斷增加，為了更好地利用網(wǎng)絡(luò)資源和本地存儲(chǔ)資源，引起了網(wǎng)絡(luò)多媒體芯片廠商的關(guān)注。因此出現(xiàn)了視頻壓縮技術(shù)研究熱潮，該技術(shù)已由過去的MJPEG格式一直發(fā)展到目前的H.264。這些技術(shù)的發(fā)展提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用效率并降低了錄像的存儲(chǔ)容量，也促使同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可以同時(shí)使用多臺(tái)攝像機(jī)，減少了布線和勞力成本，也對(duì)推動(dòng)IP Camera的發(fā)展起到一定作用。如海思推出的HI3510就體現(xiàn)了這一優(yōu)點(diǎn)。
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傳感器技術(shù)的進(jìn)步，處理芯片性能的加強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)多媒體芯片功能的優(yōu)化都給整個(gè)IP Camera的開發(fā)及發(fā)展帶來了非常大的變化。在整個(gè)產(chǎn)品性能的提升過程中，除了關(guān)鍵元件做出了巨大貢獻(xiàn)外，還有一些鮮為人知的功臣——產(chǎn)品開發(fā)者對(duì)硬件噪音的研究；根據(jù)不同的鏡頭與濾光片及產(chǎn)品的需求進(jìn)行圖像質(zhì)量的調(diào)整與研究；產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)的研究等等。這些研究的成功讓這些芯片的性能發(fā)揮的淋漓盡致。
對(duì)于如何評(píng)判產(chǎn)品在圖像質(zhì)量上的研究成果和其目前達(dá)到何等水平，很多人都會(huì)采用比較法。這種方法盡管可取，但其結(jié)果只能反映出不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，而不能很詳細(xì)的描述出問題的所在。該方法增加了工程師的分析力度，增加了研究時(shí)間，延誤了產(chǎn)品上市時(shí)間。
圖像質(zhì)量檢測
隨著市場的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，IP Camera的性能也逐步提升，其優(yōu)勢(shì)是家喻戶曉。如何有效的檢測IP Camera的最終圖像質(zhì)量效果呢？目前對(duì)圖像質(zhì)量的檢測分兩類：主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。
主觀評(píng)價(jià)方面，大家可以參考ITU-RBT.500-7標(biāo)準(zhǔn)所定義的兩種主觀評(píng)價(jià)方法。
1、雙刺激連續(xù)質(zhì)量分級(jí)法
測試方法：
·將待評(píng)估的影像和相應(yīng)的參考影像交替播放給評(píng)估者看，每個(gè)影像持續(xù)時(shí)間為10s；
·每個(gè)相同的影像片段之后有2秒的灰畫面間隔，評(píng)估者可在此期間打分。當(dāng)所有測試影像片段進(jìn)行評(píng)測完畢后，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行平均運(yùn)算，這個(gè)平均值作為該影像的評(píng)價(jià)分。
2、單刺激連續(xù)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法
測試方法：
·將待評(píng)估的影像播放給評(píng)估者看；
·評(píng)估者評(píng)價(jià)時(shí)間約30秒，在此其間由評(píng)估者根據(jù)自己的判斷給出影像的評(píng)價(jià)分。
客觀評(píng)價(jià)方面，ITU-RVQEG提出了一些評(píng)價(jià)方法，其中有：峰值信噪比(PSNR)和均方差(MSE)。這些方法主要是用作圖像壓縮等領(lǐng)域中信號(hào)重建質(zhì)量的測量方法以及噪音評(píng)價(jià)。如MediaOptimacy軟件在此方面的評(píng)測較為齊全，它具有對(duì)影像的圖像跳躍、塊效應(yīng)、模糊度等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。
在色彩還原，白平衡，自動(dòng)曝光收斂性能，圖像均勻性，動(dòng)態(tài)范圍，分辨率等圖像質(zhì)量方面測試又該如何進(jìn)行評(píng)測呢？
1、色彩還原方面
·測試圖：采用GretagMacbeth 的ColorChecker card或DNP的Color bar；
·測試方法：在標(biāo)準(zhǔn)光源箱，對(duì)測試圖進(jìn)行攝影；
·評(píng)價(jià)方法：在Lab表色系統(tǒng)里，使用色差計(jì)算公式 dE =( dL^2 + da^2 + db^2 )^(1/2) 計(jì)算出每個(gè)實(shí)際色塊與標(biāo)準(zhǔn)色塊的差距，以此值判斷色彩的偏差。
其中：
dE：表示色差，該數(shù)值越大，表明色彩偏差越大；
dL：亮度差，即待測色塊與標(biāo)準(zhǔn)色塊之間的亮度差；
da,db：色度差，既待測色塊與標(biāo)準(zhǔn)色塊之間在Lab表色系統(tǒng)里的ab坐標(biāo)系統(tǒng)的色度差。
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2、白平衡方面
·原理：我們知道當(dāng)U和V為0的時(shí)候，只有亮度信號(hào)，即不存在色偏問題。利用該原理與RGB轉(zhuǎn)換YUV公式可以推導(dǎo)出U=V=0時(shí)，R=G=B，既R/G = B/G = 1；
·測試圖：使用GretagMacbeth的ColorChecker中的灰階色塊數(shù)據(jù)或DNP光箱；
·測試方法：對(duì)準(zhǔn)上述測試圖或光箱，進(jìn)行攝影；
·評(píng)價(jià)方法：依據(jù)原理中所推導(dǎo)出的RG = R/G 和 BG = B/G公式進(jìn)行計(jì)算，RG和BG越小越表明圖像色偏小，白平衡越準(zhǔn)確。
3、自動(dòng)曝光收斂性能方面
·測試設(shè)備：使用LSB-111可變色溫光源箱設(shè)備，該設(shè)備可以提供光亮度在LV3-LV16@STEP:0.1Lv。因設(shè)備的極限，我們可以在LV3的環(huán)境下增加ND filter（Neutral density filter中性濾光片），以此獲取小于LV3的光亮度；
·測試方法：首先將IP Camera放在光源設(shè)備前，然后調(diào)整光源到指定LV；接著進(jìn)行攝影。再接著分析當(dāng)前影像上的亮度數(shù)值，并做記錄，這樣我們就可以得到一個(gè)環(huán)境亮度LV與影像亮度Y的表格。最后通過以下評(píng)價(jià)方式進(jìn)行評(píng)價(jià)；
·評(píng)價(jià)方法：在YUV表色系統(tǒng)里，我們可以根據(jù)Y= 0.3×R+0.6G+0.1B的計(jì)算公式計(jì)算出每一幀圖像的亮度。由此我們就可以獲取到一個(gè)由環(huán)境亮度與圖像亮度結(jié)合的數(shù)據(jù)表格。利用公式std = (∑（Y0-Yi）^2/∑)^(1/2)，其中Y0為所有圖像亮度的平均值；Yi表示第i環(huán)境亮度所對(duì)應(yīng)的圖像亮度；求得圖像亮度在環(huán)境亮度變化過程中std值，這個(gè)數(shù)值越小，表明曝光收斂性能越好。
4、圖像亮度均勻性方面
·測試設(shè)備：使用DNP光箱；
·測試方法：在DNP光箱處進(jìn)行影像，并分析影像數(shù)據(jù)；
·評(píng)價(jià)方法：在YUV表色系統(tǒng)里，分析影像中每一幀的四角和正中央?yún)^(qū)域的亮度Y數(shù)據(jù)，其公式為Uniformity = min(Y1,Y2,Y3,Y4,Y0)/Y0×100%。
其中
Y0：圖像中央?yún)^(qū)域平均亮度；
Y1，Y2，Y3，Y4：圖像四角亮度。
Uniformity這個(gè)數(shù)值越大，說明圖像均勻性越好。
5、動(dòng)態(tài)范圍
·測試圖：參考Kodak Q-13 chart或ISO14524；
·測試方法：在標(biāo)準(zhǔn)光源箱內(nèi)對(duì)準(zhǔn)測試圖進(jìn)行攝影并做分析；
·評(píng)價(jià)方法：獲取每幀圖像內(nèi)灰階塊的RGB數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV表色系統(tǒng)里，這樣我們就可以得相應(yīng)的灰階塊亮度Y，接著對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合運(yùn)算，最后我們就可以得到一條灰階塊與亮度的關(guān)系曲線。這條曲線必須是遞減曲線，不能出現(xiàn)倒置現(xiàn)象或出現(xiàn)異常的不平滑曲線。曲線內(nèi)較為平緩的位置為灰階無法識(shí)別位置，以此判斷出可識(shí)別灰階的數(shù)量，該數(shù)量越多越好。
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6、分辨率方面
·測試圖：采用ISO12233或USAF1951；
·測試方法：在標(biāo)準(zhǔn)光源箱內(nèi)對(duì)測試圖進(jìn)行攝影
·評(píng)價(jià)方法：對(duì)每幀圖像進(jìn)行二值化運(yùn)算，然后使用圖像識(shí)別算法找出最小可以識(shí)別位置，并標(biāo)志及獲取相應(yīng)的分辨率數(shù)據(jù)。該分辨率數(shù)值越高說明分辨率越好；
注意：分辨率不僅與傳感器的像素大小有關(guān)系，還與鏡頭及濾光片有關(guān)系。所以在開發(fā)或測試初期，必須根據(jù)傳感器的像素大小找到合適的鏡頭和OLPF(光學(xué)低通濾波器)。
以上的這些圖像質(zhì)量測評(píng)方法不僅適合低像素的IP Camera圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)，也適合目前百萬像素以上的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)，尤其是分辨率部分，它在百萬像素的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)上起到非常重要的作用。這些評(píng)測方法的應(yīng)用比目前業(yè)界內(nèi)普遍使用的比對(duì)法更為科學(xué)性和合理性。如可配合現(xiàn)在市場上流行的圖像分析軟件進(jìn)行量化分析，則工作上更加方便，也提高測評(píng)軟件開發(fā)速度。比如Imatest軟件，它是行業(yè)的佼佼者，它涵蓋了色彩還原、白平衡、動(dòng)態(tài)范圍、均勻性、MTF、SQF、SFR 、雜訊等測試，但目前Imatest只能對(duì)靜態(tài)圖像進(jìn)行分析，所以需要用戶使用其提供SDK進(jìn)行二次開發(fā)，對(duì)影像中每一幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。
通過以上的評(píng)價(jià)方法，我們可以得到很多主觀和客觀的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，那么如何整合這些數(shù)據(jù)并對(duì)圖像質(zhì)量水平進(jìn)行一個(gè)綜合性評(píng)價(jià)呢？根據(jù)現(xiàn)在眾多大學(xué)的研究和實(shí)際操作情況來看，借助模糊數(shù)學(xué)中的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，是一個(gè)非?？茖W(xué)的，合理的綜合評(píng)價(jià)方法。該方法的引入，能夠準(zhǔn)確判斷出目前圖像質(zhì)量水平。這個(gè)綜合性評(píng)價(jià)方法也為工程師們提供了一個(gè)調(diào)試圖像質(zhì)量的方向，縮短了產(chǎn)品研究及開發(fā)周期，其產(chǎn)品更能贏得市場歡迎。
性能優(yōu)越，集成度高的解決方案和具有功能強(qiáng)大的圖像質(zhì)量檢測手段的結(jié)合，促使IP Camera的性能和圖像質(zhì)量更加卓越，功能更加多元化，滿足各個(gè)領(lǐng)域消費(fèi)者的需求。
a&s傳媒是全球知名展覽公司法蘭克福展覽集團(tuán)旗下的專業(yè)媒體平臺(tái)，自1994年品牌成立以來，一直專注于安全&自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)前沿產(chǎn)品、技術(shù)及市場趨勢(shì)的專業(yè)媒體傳播和品牌服務(wù)。從安全管理到產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，a&s傳媒擁有首屈一指的國際行業(yè)展覽會(huì)資源以及豐富的媒體經(jīng)驗(yàn)，提供媒體、活動(dòng)、展會(huì)等整合營銷服務(wù)。
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