低照度的環(huán)境定義與監(jiān)控訴求

　　什么條件可算是低照度環(huán)境呢?從字面上來看，環(huán)境照度非正常標準的條件謂之低照度。對低照度的定義眾說紛紜，并沒有統(tǒng)一的工程標準定義，只有表示彩色攝像機可視條件從0.0004～1Lux，黑白攝像機可視條件從0.0003～0.1LUX的說法，但其實真正的低照度環(huán)境需要很多光線及照明等條件配合。如果以工程實務角度來看，其定義也沒那么復雜：當一個攝影機的影像在畫面開始產(chǎn)生一些黑暗部份噪聲及色彩產(chǎn)生變化時，我們都可以在工程執(zhí)行上以低照度來認定此時的環(huán)境條件。所以其實從學理上，監(jiān)控工程執(zhí)行并不須要考慮太多理論數(shù)值來驗正是否須要低照度監(jiān)控設備，而應該依據(jù)環(huán)境的情況來認定，才比較符合工程上設備采用的要求。

　　再談到低照度監(jiān)控訴求時，必須先把低照度、完全黑暗或有輔助照明這樣的環(huán)境做一個明確的了解及區(qū)分，因為低照度的環(huán)境不等于全暗條件，更不等于有輔助照明的情況，所以在做低照度環(huán)境監(jiān)控布建前，必須認識到個別環(huán)境條件下采用的監(jiān)控攝影設備也不盡相同。在低照度環(huán)境監(jiān)控布建前就應該了解這種應用技術與照度差的對應關系。過去在各種夜視技術尚未完備時，低照度監(jiān)控一直是工程應用上的主要熱點，即便在后來紅外線及熱感攝像機大行其道的階段，低照度監(jiān)控設備仍然有其不可替代性。這些低照監(jiān)控設備的照度差與應用技術關鍵在于以下這幾個要件:

　　1. CCD/CMOS Sensor完備的配套技術

　　一個完整的低照攝像機由兩部分組成，即鏡頭和攝像機本體，而攝像機本體包括感光器Sensor組件(CCD或CMOS)、復雜的信號處理電路(DSP Processor)及濾光片(Filter)等。在Sensor組件上低照監(jiān)控應用有一個特性，那就是Sensor感光面積越大進光量越高，也就是說在低照監(jiān)控上與Sensor尺寸大小對應的低照度效益是1/2”優(yōu)于1/3”，而1/3”又更優(yōu)于1/4”的感光組件，這是低照監(jiān)控應用與技術關系中不可忽略的關鍵。

　　2. 鏡頭技術：鏡頭也是攝像部件的重要組成部份，它在低照監(jiān)控應用技術上作用是為攝像機的Sensor感光組件聚焦被攝物體的光線，這里的低照應用與技術關系在于鏡頭的口鏡越大進光量也會越大，也就是鏡頭的進光量F值越小，為了使得攝像機獲得理想的低照度效果，需要配置相適合的或F值較小的鏡頭為另一關鍵。

　　3. 濾光片Filter技術：濾光片是彩色攝像機的一個組件，對攝像機的低光成像效果有很大作用。一般濾光片可濾除紅外光。采用可濾除不需要的紅外光而保留需要的紅外光的濾光片。目前高端低照度攝像機會選用雙濾光片ICR-CUT，即白天采用不感應紅外的濾光片以獲得清晰的圖像，夜間采用可感應紅外的濾光片得到更低的照度。

　　由以上三個低照度應用的技術關鍵說明，可知低照度監(jiān)控系統(tǒng)布建的訴求重點何在。

　　低照度監(jiān)控布建可應用方案有那些?

　　工程技術人員都應該知道在光線較差的環(huán)境中，低照度攝像無需輔助光源即能識別目標物體，這些都是靠攝像體本身Sensor、DSP、鏡頭及慮光片協(xié)作所致，而在這些關鍵技術采用下，低照監(jiān)控的布建應用也就越來越受到工程商的重視與使用青睞。這些低照度監(jiān)控應用方案大致包含以下:

　　1. 最基礎也是最笨的一種方式-幀累積應用方案:

　　這種應用也叫做低快門(Slow Shutter)，此類攝像機又稱為畫面幀累積型攝像機，它是利用內(nèi)存的技術并放慢快門速度，連續(xù)將幾個因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，成為一個影像清晰的畫面，運用慢快門技術降低攝像機照度至0.009lux/f1.2以下，并且畫面能夠累積的幀數(shù) (128或256幀)是屬于一種既笨又可靠的低光應用技術。此類型低照度攝像機適用于禁止紅或紫外線的場所，比如博物館或夜行動生物觀察，國土海岸監(jiān)視等，屬于較靜態(tài)場所的低照監(jiān)視使用。

　　2. 電子機械應用方式-彩色變黑白模式方案:

　　此方式又稱為日夜模式(Day & Night Mode)，此類攝像機目前在市場上仍有其特定的需求，一般日夜型攝像機的照度在國內(nèi)市場上標示數(shù)值最低有達到0LUX的程度，但0Lux基本無法呈現(xiàn)色彩，因此在應用于低照監(jiān)控布建時必須特別聲明其效能。這種白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO)攝像機是利用黑白影像對紅外線感度較高的特點，在一定的光源條件，利用電機機械線路切換濾光片或軟件切換為黑白信號模式的方式，將影像由彩色轉為黑白，以便于感應紅外線。在彩色/黑白線路轉換的過程中，為了搭配紅外線，拿掉了彩色攝像機不可缺的紅外線濾光片，此種作法雖可在夜晚達到“低照度”的目的，但在應用時卻有影像焦距模糊，色彩表現(xiàn)不正確的缺點，并且攝像機的成像距離會受到紅外線成像焦點位移差的影響導致無法清晰成像的結果。因此為達真正的低照度攝像除采用IR紅外鏡頭搭配使用才能達到成像清晰的要求，而特別注意的是礙于攝影機本身采用組件的功能限制,因此這種而白天彩色/晚上黑白的攝像機只是利用線路切換及搭配紅外光的方式，并不能算是低照最好的方式。

　　3. 最科學化的應用方式-高感度低光感應模式方案(Low-Light) ：

　　高感度低光攝像方式又稱做Exview-HAD模式，也可稱為全天候攝像機，是最熱門的低照度監(jiān)控應用機種。其彩色模式低照度可達0.01Lux，黑白更可達0.001Lux，搭配紅外線時可在 0Lux下使用。此類低照監(jiān)控的攝影機不僅能清晰的辯識影像，更不會出現(xiàn)類似低照時幀累積方式出現(xiàn)延遲畫面。此類型攝像機主要采用Exview-HAD超感光組件，使得最低照度可達0.001Lux,幷且還能保持較小影像噪聲比，而實現(xiàn)真正意義的低光級攝像機，在相對黑暗的環(huán)境下無需使用紅外燈就可以得到較為清晰的影像，使安防行業(yè)在低照監(jiān)控的技術發(fā)展更深一層。

　　4. 有效的輔助低照的應用方式-紅外線輔助模式方案(IR Mode) :

　　感紅外攝影機又稱為紅外輔助攝影機，由于感光組件有很寬的感光光譜范圍，其感光光譜不但包括可見光區(qū)域，還延長到紅外區(qū)域，利用此特性，可以在夜間無可見光照明的情況下，用輔助紅外光源照明可使影像感光器清晰的成像。在實際低照監(jiān)控工程應用中，我們發(fā)現(xiàn)黑白攝影機比彩色攝影機具有更高的靈敏度，可以在較暗的環(huán)境里獲得更清晰的影像，特別在有紅外光源輔助照明配合下，更是可以做到0LUX(可見光)。因此在使用紅外燈時我們應選擇黑白攝影機或是日夜兩用攝影機鏡頭，并具有IR自動光圈，以適應晝夜照度很大的變化。

　　以上四類為低照監(jiān)控時最有效的系統(tǒng)布建應用方式，給我們在系統(tǒng)產(chǎn)品選型上提供了一個有效低照環(huán)境應用依據(jù)，但除了應用的選型依據(jù)之外，我們在低照監(jiān)控系統(tǒng)的布建產(chǎn)品選型上還要注意一些重要的選行應用問題，這些問題可謂包羅萬象。

　　低照度環(huán)境監(jiān)控應用上的問題

　　低照度監(jiān)控系統(tǒng)的建置不免在工程過程中或系統(tǒng)產(chǎn)品應用上產(chǎn)生問題，這些問題有些來自產(chǎn)品電路電子性能，有些來自環(huán)境物理特性，不一定是您我在工程施作前就能預期的，因此要在特殊的低照度監(jiān)控系統(tǒng)進行工程的項目，勢必有一些經(jīng)驗與問題是我們必須事先了解并加以預防的，特別是在低照度的一些應用問題上，以下就四個低照度應用類型，將可能發(fā)生問題簡述于后;

　　1. 焦點偏移的問題

　　由于使用紅外線攝影機或輔助紅外線照明，可見光與紅外光由于波長不同，會使影像成像焦點不在一個平面上，導致在白天可見光條件下圖像清晰，而夜間紅外光條件下模糊，或者夜間紅外光條件下圖像清晰，白天可見光條件下圖像模糊。這種情況可以用三個方法解決。第一，采用自動聚焦一體化攝像機;第二，采用IR專用焦點不偏移鏡頭;第三，采用專業(yè)的調(diào)整工具，在非IR鏡頭條件下也可以實現(xiàn)焦點不偏移的要求。

　　2. 色彩不正確的問題

　　雖然黑白攝像機可以感應紅外光。但紅外光線在可見光下對于彩色攝像機來講卻是一種干擾的雜光，會降低彩色攝像機的清晰度和色彩還原。一般彩色攝像機的濾光片就是為了阻止紅外線參與成像。但兩相選擇下常讓低照監(jiān)控的色彩產(chǎn)生不正確的情況。因此要讓彩色攝影機感應紅外線現(xiàn)在有兩個做法。第一，切換濾光片，在可見光條件下?lián)踝〖t外線進入;在無可見光的條件下移開濾光片，讓紅外線進入;這種方案得到的影像質量好，但成本高且會出現(xiàn)一定的故障率。第二，在濾光片上打開紅外線通道，允許與紅外燈波長相同的紅外光線進來，但色彩還原略差。

　　3. 低光感應或搭配紅外線照明的畫面紅暴問題

　　由于紅外線波長在700nm-800nm間的影像在感應時容易出現(xiàn)類似白亮曝光的紅暴現(xiàn)象，因此低照度監(jiān)控能不能避免出現(xiàn)紅暴就是一個高超的技術問題，但實際上有無紅暴只是一個選擇問題，并不是技術問題。波長在900nm以上的紅外線就不會有紅暴現(xiàn)象，而波長越短，紅暴越強，紅外線感應度也越高，所以是產(chǎn)品的選配選擇而不是技術問題。

　　4. 紅外線照明的投射角度問題

　　紅外燈是不是視角越大越好?其實是要看搭配鏡的，大部份工程商都對這種說法產(chǎn)生迷思，大多認為紅外燈發(fā)射視角越大，選用鏡頭越大，就不會出現(xiàn)紅外線燈的”手電筒”現(xiàn)象。一般情況下，紅外燈的視角要與鏡頭的視角相一致，效果才是最佳的。

　　5. 低照度監(jiān)控的距離問題

　　低照紅外產(chǎn)品的夜視距離無一定的標準。各廠商都各自吹擂其效果，但實測上常常都無法令人滿意，其實應該以客戶端的需求為標準。什么條件才是正確的其實說法也很多，但主要是以攝像機、鏡頭及紅外線輔助照明之間的匹配才是最正確的說法，只有確定一定質量的攝像機和鏡頭照明等的共同匹配才能確定其作用距離。

　　低照度環(huán)境監(jiān)控產(chǎn)品選型注意事項

　　低照度監(jiān)控的產(chǎn)品選型是一件很慎重又不好處理的工作，工程商在此部份如果沒有一些參考原則，容易在產(chǎn)品選型上產(chǎn)生一些疏忽，最終使得系統(tǒng)效果發(fā)生折扣，因此有些選型上的注意事項也是在低照度監(jiān)控系統(tǒng)布建時不可忽略的，這些注意項大致如下：

　　* 最好選擇紅外鏡頭

　　因普通的光學鏡頭，物體反射回鏡頭的紅外光不能有效聚焦到感光組件Sensor靶面上，此時紅外夜視效果就會大打折扣，因而最好選用紅外鏡頭。尤其是彩色轉黑白(D/N)攝像機，不選用紅外鏡頭就不能使日夜監(jiān)視焦面一致，致使日夜圖像不能都保持清晰。

　　* 選用真正低照度攝像機，

　　部份市售攝影機其最低照度都不實際，使夜視有效距離大大降低，因此最好能實際測試。一般最好都能在小于0.05Lux的條件，總之，照度越低越好，由于目前行業(yè)還未規(guī)范，所以不能完全相信生產(chǎn)廠標示的最低照度，要在實用條件下進行測試再使用。

　　* 紅外攝像機要有自動電子快門與自動增益控制(AGC)功能

　　因為有了這些功能，才能使信號調(diào)整到比較好的狀態(tài)，以滿足低照度的效果。

　　* 選配好攝像機的配套穩(wěn)壓小電源

　　攝像機電源的選取要注意如下兩點: 第一 選穩(wěn)壓電源。因市電不穩(wěn)，如只選一交流變直流12V的變壓器而不穩(wěn)壓就會使攝像機中的電路工作不穩(wěn)定，從而使攝像機的工作不穩(wěn)，所需性能就達不到要求;第二. 選比攝像機的電流要大上一倍以上的電源為好。如攝像機的電流為300mA或350mA，一般選500mA即足夠。若選電流量太小或近似等于攝像機的需求電流量就可能產(chǎn)商機體或電源發(fā)熱情況，近而影響設備壽命。

　　* 鏡頭最好選擇與攝像機的接口安裝方式一致

　　一般攝影機鏡頭與攝像機的接口安裝方式有C型和CS型兩種，兩者最好一致。如果選用了C型鏡頭，雖然可以加一5mm厚的接圈。但加接圈就直接影響到機械背焦的準確性，或甚至可能使鏡頭碰到感光組件的保護玻璃，而造成攝像機的Sensor損壞，須特別注意。

　　* 最好選自動光圈鏡頭，以適應晝夜照度很大的變化

　　由于日夜監(jiān)控，其照度變化范圍很大，因而最好選用能自動根據(jù)照度變化的自動光圈鏡頭，以使圖像保持清晰。

　　* 選擇窗口玻璃質量好的保護罩

　　低照度監(jiān)控系統(tǒng)除了選紅外燈、攝像機、鏡頭外，還要慎選攝影機保護罩、供電電源的組合保護考慮。因為保護罩對紅外燈的照明投射會有影響，例如紅外光對不同材質的保護罩會產(chǎn)生不同的透射率和反射率，特別是自動除霧的鍍膜玻璃，會使紅外光產(chǎn)生衰減及折射偏移，所以慎選材質良好的窗口保護罩。

　　以上是在低照度監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品選型上應注意事項，希望透過這樣的陳述能讓大家更快了解低照度監(jiān)控系統(tǒng)布建的一些相關工程實務工作。

　　結語

　　低照度監(jiān)控系統(tǒng)的布建與產(chǎn)品選型工作是一門專業(yè)的工程知識，低照度監(jiān)控系統(tǒng)的應用無遠弗界，低照監(jiān)控可應用于智能交通監(jiān)控系統(tǒng)，機場跑道安全監(jiān)控系統(tǒng)，飛機起降安全光電跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，機場周界安全夜視監(jiān)控系統(tǒng)，機場禁區(qū)鳥群探測監(jiān)控系統(tǒng)，港口碼頭，航道安全監(jiān)控系統(tǒng)，海岸線監(jiān)控系統(tǒng)，核電站/變電站/水電站/水庫大壩安全監(jiān)控系統(tǒng);石油/天然氣管道安全監(jiān)控系統(tǒng)，地鐵運行安全日夜監(jiān)控系統(tǒng)，鐵路貨運物資防盜取證監(jiān)控系統(tǒng);森林防火安全監(jiān)控系統(tǒng);環(huán)境保護監(jiān)控系統(tǒng)，國家文物及重要物資倉庫安全夜視監(jiān)控系統(tǒng)等。因此;低照度監(jiān)控系統(tǒng)的建置應該是多樣化并富有變化彈性，如此才能提供用戶與工程商一套完善的系統(tǒng)套用。