按照攝像機(jī)的最低有效工作亮度環(huán)境，可以分為幾種不同級(jí)別的低照度攝像機(jī)，其中星光型攝像機(jī)的環(huán)境亮度在0.001Lux級(jí)別，在這種環(huán)境中，人的肉眼已經(jīng)比較難以辨別物體，而此時(shí)正是星光級(jí)攝像機(jī)發(fā)揮作用的舞臺(tái)，因此星光級(jí)攝像機(jī)擁有廣泛的市場(chǎng)前景。

文/ 李林 深圳中興力維技術(shù)有限公司 硬件開(kāi)發(fā)部算法工程師

傳統(tǒng)夜間攝像機(jī)簡(jiǎn)介

　　1.普通低照度攝像機(jī)

　　傳統(tǒng)的低照度攝像機(jī)一般通過(guò)攝像機(jī)日夜轉(zhuǎn)換或者慢快門(mén)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。日夜轉(zhuǎn)換型攝像機(jī)在夜間通過(guò)切換ICR濾光片，讓圖像傳感器吸收環(huán)境中諸如紅外光等其他波段光線，增加攝像機(jī)前端圖像傳感器的總?cè)牍饬?，從而提升圖像的亮度。不過(guò)由于紅外光線的引入，會(huì)使彩色圖像偏紅，故日夜轉(zhuǎn)換型攝像機(jī)在晚上隨著濾光片的切換，圖像也由彩色切換成黑白。日夜轉(zhuǎn)換型攝像機(jī)由于價(jià)格實(shí)惠，技術(shù)成熟，是目前市面上絕大多數(shù)的普通低照度攝像機(jī)所采用的方案。慢快門(mén)功能是通過(guò)延長(zhǎng)曝光時(shí)間來(lái)提升圖像亮度，雖然能夠在夜間看清物體，但是降低了視頻幀率，只適合靜態(tài)環(huán)境，對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體的監(jiān)控效果存在明顯拖影。因此該功能只適合特定場(chǎng)景的監(jiān)控，在實(shí)際應(yīng)用中一般不開(kāi)啟該功能。

        2.紅外攝像機(jī)

　　另外一種常見(jiàn)的夜間攝像機(jī)是帶有紅外補(bǔ)光燈的設(shè)備，紅外補(bǔ)光燈攝像機(jī)由于攝像機(jī)自身裝有發(fā)光源，在使用時(shí)不需要其他光源就能提供夜間清晰監(jiān)控圖像，但是紅外燈的引入也會(huì)帶來(lái)一些其他問(wèn)題。紅外燈的開(kāi)啟會(huì)使攝像機(jī)功率變大，發(fā)熱量增加，這會(huì)提升攝像機(jī)內(nèi)部溫度，同時(shí)也會(huì)增加攝像機(jī)的散熱難度。攝像機(jī)內(nèi)部溫度過(guò)高會(huì)影響攝像機(jī)內(nèi)部其他電子元器件的精確度和使用壽命，甚至可能影響攝像機(jī)的正常功能與圖像效果。同時(shí)，紅外燈自身的使用壽命也是有限的。紅外攝像機(jī)另一個(gè)明顯的特征是在低照度環(huán)境下只能提供黑白圖像，紅外燈提供的紅外光線會(huì)導(dǎo)致彩色圖像偏紅，所以只有輸出圖像為黑白模式時(shí)，才能有效吸收紅外光。紅外燈的強(qiáng)度控制也是在使用中需要考慮的一個(gè)因素，紅外光強(qiáng)度過(guò)高會(huì)造成圖像中心區(qū)域過(guò)曝，紅外光強(qiáng)度過(guò)低，監(jiān)控圖像的四周會(huì)偏暗。另外，在一些特定場(chǎng)合出于隱蔽性的考慮，也不適合采用有補(bǔ)光燈的攝像機(jī)。顯然，傳統(tǒng)的夜間監(jiān)控?cái)z像機(jī)所采用的方法都存在一定程度上的缺陷，這些因素都客觀上促進(jìn)了超低照度新技術(shù)的發(fā)展。

　　星光級(jí)攝像機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

　　想要實(shí)現(xiàn)在星光級(jí)環(huán)境中也能看清物體，在圖像采集和數(shù)據(jù)處理上都必須下功夫。從攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)來(lái)看，圖像采集主要受鏡頭和圖像傳感器影響，鏡頭的進(jìn)光量越多，圖像傳感器的感光性能越好，攝像機(jī)最終能吸收的光線也就越多。鏡頭的進(jìn)光量一般用F值來(lái)表示，其中F值=鏡頭焦距/鏡頭通光直徑。由此可以看出，在相同的鏡頭焦距下，F(xiàn)值越小，鏡頭的通光直徑越大，鏡頭的進(jìn)光量也越大，所以選取F值較小的鏡頭能夠提升夜間圖像亮度。目前絕大多數(shù)的攝像機(jī)都采用CMOS傳感器，CMOS相比傳統(tǒng)的CCD傳感器具有成本與功耗上的優(yōu)勢(shì)，另外CMOS廠商在傳感器感光性能與傳感器尺寸大小上都取得技術(shù)進(jìn)步，各種高感光特性以及大靶面CMOS傳感器已經(jīng)在市面上流行開(kāi)來(lái)。為了有效增加攝像機(jī)進(jìn)光量，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。

　    在傳感器數(shù)據(jù)采集到圖像數(shù)據(jù)后，后續(xù)的圖像數(shù)據(jù)處理也非常關(guān)鍵。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，能夠滿足圖像處理算法自動(dòng)適應(yīng)低照度環(huán)境變化的要求。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)增益控制能保持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，各大芯片廠商都會(huì)提供降噪功能，其中最新的3D降噪技術(shù)能結(jié)合視頻前后幀之間的信息進(jìn)行降噪，降噪效果有很大提升。數(shù)字降噪技術(shù)能夠有效過(guò)濾噪聲，顯示較為純凈的畫(huà)面，提高圖像的清晰度，看清夜間物體更多的細(xì)節(jié)。

　　星光級(jí)低照度攝像機(jī)相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新與整個(gè)攝像機(jī)產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)，從圖像傳感器、芯片技術(shù)、攝像機(jī)產(chǎn)品以及解決方案，每個(gè)環(huán)節(jié)都突破都能促進(jìn)低照度技術(shù)的發(fā)展。圖像傳感器方面的廠商在低照度技術(shù)上，目前以索尼的效果最為突出。對(duì)于圖像傳感器傳感器，除了提供高感光性能外，高動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)據(jù)也很重要，目前市場(chǎng)對(duì)寬動(dòng)態(tài)、強(qiáng)光抑制等功能的需求非常強(qiáng)烈，如果能夠從源頭提供動(dòng)態(tài)范圍較大的數(shù)據(jù)，接下來(lái)的圖像處理過(guò)程的壓力就會(huì)小很多。寬動(dòng)態(tài)技術(shù)能夠有效提升夜間昏暗區(qū)域的亮度，使夜間監(jiān)控圖像無(wú)“死角”。強(qiáng)光抑制功能在夜間到處都有燈光的環(huán)境中非常有實(shí)用意義，能夠加強(qiáng)對(duì)車(chē)牌的有效監(jiān)控。

　　對(duì)于芯片廠商而言，除了前面提到過(guò)提供強(qiáng)大的芯片運(yùn)算處理能力，各主流廠商都在低照度上有其獨(dú)特的技術(shù)。TI最新的圖像處理器在降噪上有突出的效果，這對(duì)于低照度效果有很大的提升。同時(shí)作為傳統(tǒng)的芯片巨頭，TI芯片在計(jì)算能力上的優(yōu)勢(shì)非常明顯，開(kāi)放程度也較高，攝像機(jī)廠商能根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際需求在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)有特色的低照度產(chǎn)品。安霸芯片作為高端產(chǎn)品的代表，圖像清晰度方面非常出色，幫助看清夜間物體更多細(xì)節(jié)。海思芯片在最近幾年發(fā)展迅速，尤其是最新推出具有H265編碼的Hi3516A芯片，讓人看到國(guó)產(chǎn)芯片的希望。Hi3516A芯片在視頻碼流控制和寬動(dòng)態(tài)效果上表現(xiàn)優(yōu)異，相信越來(lái)越多的低照度攝像機(jī)會(huì)采用海思芯片。

　　星光級(jí)低照度攝像機(jī)應(yīng)用與發(fā)展

　　星光級(jí)低照度攝像機(jī)是攝像機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向，目前已經(jīng)有產(chǎn)品陸續(xù)推出。國(guó)外的廠商主要有安訊士，國(guó)內(nèi)廠商主要是?？?、大華、中興力維等廠商。上述廠商的攝像機(jī)產(chǎn)品起步較早、研發(fā)實(shí)力雄厚，比其他廠商更早開(kāi)展超低照度技術(shù)的研究。另一方面，他們產(chǎn)品齊全，工程實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)積累多，能夠綜合不同新技術(shù)應(yīng)用到超低照度監(jiān)控?cái)z像機(jī)中。國(guó)外方面，安訊士的“覓光者”一直是業(yè)界超低照度攝像機(jī)的標(biāo)桿。在國(guó)內(nèi)，中興力維經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累與創(chuàng)新，推出全球首款高清H.265超低照度攝像機(jī)ZBF-7200-N4A，不僅能夠在低照度環(huán)境中仍能保持監(jiān)控圖像色彩還原的真實(shí)性、圖像畫(huà)面清晰度以及突出的噪聲抑制性能，而且借助于H.265高效率編碼性能，在碼流控制與視頻流暢性方面都有重大提升。具體效果如下圖所示

普通低照度　

超低照度畫(huà)面

　　該型號(hào)超低照度攝像機(jī)彩色圖像監(jiān)控能達(dá)到0.001Lux級(jí)別，在實(shí)際應(yīng)用中能為用戶提供24小時(shí)全天候彩色圖像監(jiān)控，并且包括H.265編碼以及智能算法等最新技術(shù)。攝像機(jī)這些特點(diǎn)對(duì)于已有的舊系統(tǒng)改造升級(jí)非常方便，為監(jiān)控系統(tǒng)高清化、智能化升級(jí)節(jié)約不少時(shí)間與成本，已經(jīng)在各地平安城市、平安校園等項(xiàng)目中為人民群眾的安全保駕護(hù)航，其超低照度下優(yōu)異的表現(xiàn)受到用戶的一致好評(píng)。

　　星光級(jí)低照度成像技術(shù)依靠高感光度圖像傳感器和高性能圖像處理芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)低照度下圖像監(jiān)控，能在夜間極暗的環(huán)境中還能提提供清晰的視頻監(jiān)控，這對(duì)于幫助破案、威懾犯罪份子都具有很重要的作用。對(duì)于傳統(tǒng)紅外攝像機(jī)及日夜型攝像機(jī)，在夜間只提供黑白圖像，人物及車(chē)輛的顏色對(duì)于監(jiān)控來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的信息就會(huì)缺失，而新型星光級(jí)低照度攝像機(jī)在夜間能提供彩色圖像監(jiān)控，而彩色圖像比黑白圖像擁有更豐富的信息，不僅便于人眼觀察與識(shí)別，對(duì)于智能檢測(cè)、識(shí)別、報(bào)警的準(zhǔn)確性都有很大提升，能幫助用戶快速鎖定監(jiān)控目標(biāo)，提高監(jiān)控效率。攝像機(jī)低照度化與智能化都是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，攝像機(jī)低照度化與智能化技術(shù)相結(jié)合，使得攝像機(jī)的功能越齊全，適應(yīng)的范圍越廣，有助于推動(dòng)低照度與智能化技術(shù)的普及與發(fā)展。

　　星光級(jí)低照度攝像機(jī)作為近年來(lái)新興起的技術(shù)，業(yè)內(nèi)對(duì)其發(fā)展前景都很看好。從傳感器與芯片廠商到攝像機(jī)產(chǎn)品廠商都在不斷推出相關(guān)的新技術(shù)與新產(chǎn)品，大力發(fā)展與宣傳低照度技術(shù)。星光級(jí)低照度攝像機(jī)由于其技術(shù)特點(diǎn)，所采用圖像傳感器以及處理芯片都要比普通攝像機(jī)性能要求更高，所以在成本上要比普通攝像機(jī)要貴。目前還只有少數(shù)廠家真正掌握該項(xiàng)技術(shù)，但是隨著傳感器與芯片技術(shù)的發(fā)展，以及需要的擴(kuò)大，星光級(jí)低照度攝像機(jī)在未來(lái)將擁有廣大的市場(chǎng)空間。對(duì)比紅外攝像機(jī)，環(huán)境如果太暗，完全沒(méi)有外界光源，星光級(jí)低照度攝像機(jī)不能看清物體，但是目前的低照度技術(shù)正在不斷提升夜間的圖像效果，低照度下的效果也會(huì)越來(lái)越好，相信在不久的將來(lái)，超星光級(jí)低照度技術(shù)都會(huì)成熟。

?？低旽.265星光級(jí)超寬動(dòng)態(tài)槍型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)

星光級(jí)低照度攝像機(jī) 透析不凡，綻放精彩