Sicher(希色爾)采用Pixim的創(chuàng)新Digital Pixel System。圖像捕捉和處理技術(shù)的大部分優(yōu)點(diǎn)都顯而易見(jiàn):無(wú)論場(chǎng)景的照明條件如何,都可拍攝到高分辨率、色彩自然和高精度的視頻圖像,并且消除了影響成像質(zhì)量的視覺(jué)噪音。
但是,Digital Pixel System的優(yōu)勢(shì)并不限于所看到的這些好處。在后臺(tái),Pixim的全數(shù)字技術(shù)可以生成壓縮程序更高的圖像,這樣可顯著降低在模擬安裝和IP網(wǎng)絡(luò)安裝中移動(dòng)和存儲(chǔ)安保視頻的成本。
本次介紹概括了Pixim Digital Pixel System技術(shù)如何向視頻安保系統(tǒng)的用戶交付壓縮優(yōu)勢(shì)。
有效的壓縮算法的功能
壓縮算法可確定壓縮比特率(即傳輸視頻圖像所需的帶寬)和數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī) (DVR) 或網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī) (NVR) 中占用的硬盤(pán)空間(即存儲(chǔ)空間)。 壓縮算法(如 MPEG-4 或 H.264)的效率 - 不論壓縮是在 DVR 中還是在 Internet 協(xié)議 (IP) 攝像機(jī)中進(jìn)行,受四個(gè)主要因素的影響:
前兩個(gè)因素超出了攝像機(jī)的視頻捕捉和圖像處理技術(shù)的控制范圍。 但是,Pixim Digital Pixel System 技術(shù)對(duì)后兩個(gè)因素有重大影響。
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Digital Pixel System 技術(shù)簡(jiǎn)介
Digital Pixel System 技術(shù)以獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)和緊密耦合的成像軟件為特色,即使在極不穩(wěn)定的照明條件下以及具有明暗區(qū)域的寬動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景中,使用該技術(shù)仍可獲得出眾的圖像質(zhì)量。 DigitalPixel System 提供的寬動(dòng)態(tài)范圍圖像明顯優(yōu)于現(xiàn)有模擬技術(shù)所提供的圖像,包括其他視頻攝像機(jī)實(shí)施中使用的電荷耦合設(shè)備 (CCD) 或 CMOS 活動(dòng)像素傳感器 (APS) 所生成的圖像。
基于 Digital Pixel System 技術(shù)的 Pixim 當(dāng)前的產(chǎn)品系列由一個(gè)高度集成的芯片組構(gòu)成,該片組包含兩塊芯片,即數(shù)字圖像傳感器芯片和數(shù)字圖像處理器芯片。
Digital Pixel System 技術(shù)的工作方式是將穿透每個(gè)圖片元素(像素)的光量轉(zhuǎn)換為最早的可能點(diǎn)(像素自身所在處)的數(shù)字值。 每個(gè)像素中都設(shè)計(jì)了模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC),并且該轉(zhuǎn)換器會(huì)與傳感器的每個(gè)像素中的所有其他 ADC 同步運(yùn)行。 此像素級(jí)別的 ADC 體系結(jié)構(gòu)允許使用多個(gè)高度并行的低速電路,這些電路在產(chǎn)生光電二極管信號(hào)的位置附近運(yùn)行,這是優(yōu)化每個(gè)像素的信噪比 (SNR) 的關(guān)鍵。
使用 Digital Pixel System,每個(gè)像素實(shí)際上都是一臺(tái)獨(dú)立的攝像機(jī)
Digital Pixel System 技術(shù)使用各個(gè) ADC 在每個(gè)像素處執(zhí)行非破壞性的多點(diǎn)采樣。 Pixim 技術(shù)使用此功能在每個(gè)圖像捕捉周期內(nèi)多次對(duì)每個(gè)像素處不斷增強(qiáng)的光強(qiáng)度進(jìn)行采樣。 這使得每個(gè)像的曝光水平由收集到的電荷變化率(而不僅僅由其絕對(duì)值)決定。 此技術(shù)還使每個(gè)像素能夠使用實(shí)時(shí)數(shù)字相關(guān)雙采樣 (CDS) 消除其在每個(gè)視頻幀中特有的噪音特性。
每個(gè)像素還配備有可調(diào)節(jié)的偏差消除增益放大器,從而確保傳感器陣列中的響應(yīng)統(tǒng)一。 這些創(chuàng)新技術(shù)極大程度地減少了 APS 或 CCD 傳感器上使用的列級(jí)別或傳感器級(jí)別 ADC 通常會(huì)遇到的顯著時(shí)序性噪音問(wèn)題。
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Digital Pixel System 技術(shù)影響壓縮的方式
Pixim Digital Pixel System 技術(shù)可以調(diào)節(jié)攝像機(jī)的視頻輸出,從而優(yōu)化 DVR 或 IP 攝像機(jī)的視頻壓縮算法從場(chǎng)景中作為輸入接收的視頻。 Digital Pixel System 技術(shù)通過(guò)以下各種方式處理壓縮算法的輸入:
每個(gè)像素中的負(fù)反饋單位增益放大器消除了偏移電壓,從而使 Digital Pixel System 傳感器陣列的一致性有了很大的提高。 為了使復(fù)位噪音降至最低,系統(tǒng)會(huì)在曝光開(kāi)始時(shí)非破壞性地讀取每個(gè)像素值,并且稍后會(huì)從像素的最終測(cè)量值中減去該值。 相關(guān)雙采樣的這種非破壞性方法是 Digital Pixel System 技術(shù)特有的,其他大多數(shù)傳感器必須讀取 CDS 值,復(fù)位傳感器,然后捕捉新值。 但是,最初捕捉到的 CDS 值的隨機(jī)背景噪音更改會(huì)引入了肉眼可檢測(cè)到的失真。 Pixim 的方法消除了這種視覺(jué)噪音。
使用 Digital Pixel System 技術(shù),每個(gè)像素會(huì)在被捕獲后立即轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式,并且將始終保持?jǐn)?shù)字格式,直至離開(kāi)攝像機(jī)。 因此,最初捕獲像素后,在圖像處理期間的任何時(shí)候都無(wú)法將噪音引入檔案。 (此過(guò)程模擬音頻光盤(pán)的工作方式,音頻光盤(pán)可以提供十分清晰的音頻重放,其音質(zhì)與充滿噪音的塑料盒式磁帶模擬錄制形成鮮明對(duì)比。)由于像素在被捕獲后就立即轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式,因此圖像中存在的噪音只是在捕捉瞬間被引入的。 這樣的噪音往往是固定模式的噪音(在圖像中保持靜止),而不是隨機(jī)分布的噪音(被壓縮算法視為運(yùn)動(dòng))。 這是主要區(qū)別。
像素被 Digital Pixel System 技術(shù)捕獲后,會(huì)以數(shù)字格式保存在片內(nèi)存儲(chǔ)器中。 此方法與CCD 攝像機(jī)的方法(通過(guò)模擬隔行傳輸讀出像素)形成對(duì)比。 隔行傳輸引入了行噪音或列噪音,這樣的噪音將被壓縮算法視為運(yùn)動(dòng)或高頻率內(nèi)容。 使用 Pixim 的方法,將不會(huì)引入這種隔行傳輸噪音。
在 Digital Pixel System 技術(shù)捕獲的圖像中,黑色就是黑色。 如果像素是純黑色,Pixim 的技術(shù)會(huì)提供不受隨機(jī)噪音影響的數(shù)字化黑度水平。 相比之下,其他方法則可能會(huì)提供被視頻壓縮算法視為大量運(yùn)動(dòng)的充滿噪音的黑度水平和灰色暗影。 (要測(cè)試此功能,請(qǐng)將基于 Pixim 技術(shù)的攝像機(jī)與監(jiān)控器連接,安裝鏡頭蓋,然后觀察生成的視頻。 現(xiàn)在嘗試使用CCD 或其他 CMOS 攝像機(jī)執(zhí)行相同的操作,然后比較結(jié)果。) 純黑色會(huì)顯著減小昏暗場(chǎng)景中的壓縮檔案。
Sicher(希色爾) Pixim Digital Pixel System 技術(shù)提供不受隨機(jī)噪音影響的數(shù)字化純黑水平。(用相同的光照強(qiáng)度曝光兩張圖片以增強(qiáng)打印對(duì)比度。)
Sicher(希色爾) Pixim Digital Pixel System 技術(shù)同時(shí)也是能夠捕捉寬動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景的唯一成像解決方案,并且可以消除使用熒光照明或其他使用鎮(zhèn)流器的照明系統(tǒng)(例如汞蒸氣)的情況下常見(jiàn)的閃光和色彩晃動(dòng)偽影。 熒光閃光和色彩晃動(dòng)被視頻壓縮算法視為運(yùn)動(dòng),并對(duì)壓縮的碼流和檔案大小有著顯著影響。
兩張圖像都是從行使的車輛上捕獲的。 左邊的圖像使用全局快門捕獲,右邊的圖像使用滾動(dòng)快門捕獲。 如果從靜止的攝像機(jī)中捕捉移動(dòng)對(duì)象的圖像,也會(huì)發(fā)生同樣的情況。 “傾斜”偽影稱為“偏斜”。
Sicher(希色爾) Pixim Digital Pixel System 技術(shù)使用可以一次性捕捉整個(gè)場(chǎng)景的全局電子快門。 此全局快門功能利用 Pixim 的片內(nèi)存儲(chǔ)器同時(shí)捕捉所有像素,從而防止出現(xiàn)引起失真的偏斜和晃動(dòng)偽影。 偽影越少表示圖像壓縮的質(zhì)量越高。
隔行 逐行
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使用隔行捕捉功能時(shí),一次捕捉圖像的一半,未捕獲的區(qū)域?qū)⒉东@區(qū)域的行隔開(kāi)。 然后,其他未捕獲的行會(huì)在第二次捕捉過(guò)程中填入。 如果在這兩次捕捉過(guò)程中發(fā)生運(yùn)動(dòng),則會(huì)生成分界運(yùn)動(dòng)“梳齒”偽影(例如鋸齒狀邊緣和拖尾)。 這些偽影會(huì)增加壓縮算法生成的數(shù)據(jù)量。
隔行捕獲的視頻中“梳齒”偽影是由在捕捉兩個(gè)區(qū)域期間某個(gè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的
Digital Pixel System 技術(shù)所使用的逐行捕捉方法,可同時(shí)捕捉圖像的每一行。 這更像是拍攝整個(gè)場(chǎng)景的單張快照,因此不會(huì)引入梳齒偽影或其他噪音。 最后獲得的是更清晰、更純凈的圖像,而且碼流更低,檔案更小。
適當(dāng)銳化的圖像 過(guò)度銳化的圖像
過(guò)度銳化是其他圖像捕捉方法中常見(jiàn)的副作用,如果在捕捉具有寬動(dòng)態(tài)范圍的場(chǎng)景(即具有明暗兩種區(qū)域的場(chǎng)景)時(shí),算法嘗試補(bǔ)償攝像機(jī)的物理和體系結(jié)構(gòu)限制,就會(huì)發(fā)生這種情況。 因?yàn)?Pixim Digital Pixel System 技術(shù)是真正的寬動(dòng)態(tài)范圍圖像捕捉技術(shù),所以它不會(huì)受到過(guò)度銳化的困擾,且其壓縮圖像的效率更高。
頻域問(wèn)題。 在數(shù)字格式和模擬格式之間轉(zhuǎn)換圖像時(shí),會(huì)發(fā)生頻域問(wèn)題。 Pixim Digital PixelSystem 技術(shù)始終以數(shù)字格式保存每個(gè)像素: 從像素在拍攝地被捕獲的那一刻直至被視頻編碼器轉(zhuǎn)換回模擬格式(此過(guò)程將數(shù)字像素轉(zhuǎn)換為模擬視頻以傳輸給 DVR)。 (在基于 Digital Pixel System 技術(shù)的 IP 攝像機(jī)中,像素會(huì)保持?jǐn)?shù)字格式,并且不會(huì)經(jīng)過(guò)這種后期的數(shù)模轉(zhuǎn)換。)
使用 Pixim 的技術(shù)時(shí),數(shù)模轉(zhuǎn)換的頻域與 DVR 中使用的壓縮硬盤(pán)的頻域相同。 這樣就將采樣錯(cuò)誤和偽影會(huì)減至最少或完全消除。
Pixim 的技術(shù)使用全 10 位、廣播質(zhì)量的視頻編碼器來(lái)維護(hù)輸出視頻中的色彩準(zhǔn)確性,并消除所謂的量化誤差。 選擇全 10 位視頻編碼器可消除輸出視頻中可能導(dǎo)致壓縮碼流和 DVR 檔案增大的偽影。
總之,Pixim Digital Pixel System 技術(shù)基于低噪音數(shù)字像素,并使用高級(jí)處理功能來(lái)提高圖像質(zhì)量并將圖像噪音降至最低。 此技術(shù)的成功之處在于提供了壓縮效率更高且更清晰的視頻。
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獨(dú)立驗(yàn)證
最近,Pixim 與獨(dú)立測(cè)試實(shí)驗(yàn)室一同協(xié)作,對(duì) Digital Pixel System 技術(shù)在典型安保環(huán)境中的應(yīng)用進(jìn)行了測(cè)試,以確定它所提供的壓縮優(yōu)勢(shì)和節(jié)省 DVR 空間功能的重要性。 結(jié)果令人印象非常深刻。
獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室同時(shí)測(cè)試了三臺(tái)攝像機(jī): 一臺(tái)Sicher(希色爾) Pixim 技術(shù)的高分辨率攝像機(jī)、一臺(tái) CCD 高分辨率攝像機(jī) (540 HTVL) 和一臺(tái) CCD 中分辨率攝像機(jī) (320 HTVL),這三臺(tái)攝像機(jī)都裝有同樣的鏡頭。 所有攝像機(jī)都在 24 小時(shí)的錄像周期內(nèi)捕捉同一 DVR 所錄制的同一場(chǎng)景。 測(cè)試實(shí)驗(yàn)室報(bào)告的觀測(cè)結(jié)果如下:
Sicher(希色爾) Pixim 的壓縮優(yōu)勢(shì)
辨率CCD
盡管測(cè)試結(jié)果會(huì)因應(yīng)用和場(chǎng)景內(nèi)容而異,但此獨(dú)立測(cè)試驗(yàn)證了眾多客戶對(duì)基于 Pixim 技術(shù)的攝像機(jī)的評(píng)價(jià): Pixim Digital Pixel System 技術(shù)具備明顯的壓縮優(yōu)勢(shì),即在 DVR 中存儲(chǔ)等量的視頻內(nèi)容時(shí)所需的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器空間更少。
除了壓縮優(yōu)點(diǎn)外,獨(dú)立測(cè)試實(shí)驗(yàn)室還確認(rèn)了 Pixim Digital Pixel System 技術(shù)在真實(shí)寬動(dòng)態(tài)范圍功能方面的優(yōu)越性,包括處理以下情況的杰出性能:極度逆光條件;自然色彩再現(xiàn);滿足證據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量圖像;無(wú)垂直拖尾、像素高光溢出、圖像沖刷、過(guò)飽和及其他降低圖像質(zhì)量的偽影;以及很高的總分辨率(同時(shí)考慮水平和垂直電視掃描行)。
結(jié)果: 減少了系統(tǒng)總成本,提高了靈活性
壓縮效率更高的視頻圖像具有較低的碼流和更小的檔案,這意味著它們更容易在攝像機(jī)和 DVR 之間(或網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器之間)移動(dòng),并且節(jié)省了存儲(chǔ)在 DVR、服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備中的成本。
對(duì)于視頻安保系統(tǒng)而言,這種傳輸和存儲(chǔ)的便捷性直接降低了系統(tǒng)的總成本。Sicher(希色爾) Pixim Digital Pixel System 技術(shù)可通過(guò)四種主要方法來(lái)降低使用視頻安保系統(tǒng)的總體擁有成本:
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通過(guò)實(shí)現(xiàn)以較少的 DVR 或 NVR 存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)等量的視頻內(nèi)容,視頻安保系統(tǒng)操作員就可以非常靈活地使用額外的空間來(lái)最大化其安保系統(tǒng)的利益。 例如,他們可以:
不管您怎么看,Sicher(希色爾) Pixim 的 Digital Pixel System 技術(shù)顯著地改進(jìn)了視頻安保系統(tǒng)。 使用基于此創(chuàng)新技術(shù)的攝像機(jī),不僅能夠?yàn)橛行У陌脖2蹲角逦?、?zhǔn)確和逼真的圖像,同時(shí)還可以為其操作者帶來(lái)了實(shí)際的經(jīng)濟(jì)利益。
正是因?yàn)?Sicher(希色爾) Pixim Digital Pixel System 技術(shù)提供的壓縮優(yōu)勢(shì),視頻安全系統(tǒng)操作者才能夠獲得他們可以信賴的圖像,同時(shí)獲益于碼流降低以及檔案減小所帶來(lái)的傳輸和存儲(chǔ)好處。