夜視攝像新趨勢——星光級超低照度攝像機(jī)

　　摘要：低照度監(jiān)控技術(shù)主要受鏡頭、圖像傳感器、后端圖像處理技術(shù)等因素的影響，要想取得較為理想的低照度監(jiān)控效果，可具體從哪些方面著手呢?請?jiān)斠姳疚乃觥?/P>

　　在平安城市項(xiàng)目、金融、酒店、寫字樓、住宅小區(qū)、平安村居、校園、港口、高速公路、街道等場合，由于夜間光照不足，又不可能大規(guī)模安裝補(bǔ)光照明設(shè)施，此種場景下對攝像機(jī)的低照度性能要求就比較高，由于常規(guī)型攝像機(jī)難以滿足24小時(shí)連續(xù)監(jiān)控的需求，要得到較好的監(jiān)控效果，就需要安裝高品質(zhì)的適合夜間拍攝的低照度攝像機(jī)來保證監(jiān)控效果。

　　如何滿足夜間的監(jiān)控需求

　　針對夜間監(jiān)控，目前市面上主要應(yīng)用的是紅外攝像機(jī)與激光攝像機(jī)，這兩種攝像機(jī)可謂是各有所長，它們分別利用不同的原理與技術(shù)來滿足對夜間監(jiān)控的需求。

　　攝像機(jī)的傳感器相當(dāng)于人的眼睛，但比眼睛厲害的是它能感應(yīng)到一部分不可見光，如紅外光線。傳感器有一個(gè)指標(biāo)靈敏度，也叫最低照度值，其能體現(xiàn)出對微弱光線的反應(yīng)能力，靈敏度越高，對光線的感應(yīng)能力越強(qiáng)，感應(yīng)紅外線的能力就越強(qiáng)。由于傳感器可以感知到紅外線，在白天，光線中的紅外線也進(jìn)入圖像中，會導(dǎo)致整體圖像偏紅。所以普通攝像機(jī)在傳感器表面都貼有濾光片，濾掉光線中的紅外線。而如果紅外攝像機(jī)也貼上這種濾光片，夜間攝像機(jī)紅外燈主動(dòng)發(fā)射的紅外光也會被濾掉，導(dǎo)致紅外燈失效。為了避免這種情況，高端紅外攝像機(jī)一般備有雙濾光片，即白天打開紅外過濾光片，過濾掉光線中的紅外線，晚上關(guān)閉紅外濾光片，讓紅外線通過鏡頭射入傳感器。這就是紅外攝像機(jī)為什么可以在人眼看不清的夜間也能清晰成像的原因。

　　激光攝像機(jī)是由半導(dǎo)體激光器與鏡頭搭配組成。激光光束的角度小、能量集中，非常適合遠(yuǎn)距離照明;配合變焦鏡頭，可實(shí)現(xiàn)激光與攝像機(jī)隨動(dòng)，讓激光根據(jù)攝像機(jī)焦距的改變產(chǎn)生相應(yīng)的變化。

　　相對紅外光線，激光照明可以無視光線的強(qiáng)弱，通過激光部件以及超低照度感光元件，攝像機(jī)可在完全黑暗的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)距離的高清監(jiān)控，保證成像清晰度;其次其壽命長，激光監(jiān)控?cái)z像機(jī)壽命是普通紅外攝像機(jī)壽命的3倍，這點(diǎn)對需24小時(shí)監(jiān)控的應(yīng)用，優(yōu)勢更加凸顯;再者傳統(tǒng)紅外攝像機(jī)散熱量很大，不僅需消耗較多的電力，而且熱量會在機(jī)身中堆積，造成機(jī)身過熱，會嚴(yán)重影響攝像機(jī)電子元器件壽命，而激光攝像機(jī)則沒有這個(gè)隱患。但激光照明也有光束過于集中的缺陷，在中短距離監(jiān)控中，由于成本及覆蓋角度不夠等問題，相比紅外并無優(yōu)勢，也因此其主要應(yīng)用于針對遠(yuǎn)距離的監(jiān)控應(yīng)用，如景區(qū)、鐵路等。

　　另外，在某些對光的要求不太嚴(yán)格的場景中，可采用白光常亮或頻閃補(bǔ)光，也可獲得較好的監(jiān)控效果。白光燈是節(jié)能環(huán)保的新型綠色照明燈具，是一種可見光，屬于冷光源，其最大的特點(diǎn)是其在夜晚的成像為彩色，所看到的景物和白天沒有太大的差別，可以提供更多信息量，有利于調(diào)查取證。帶白光燈的攝像機(jī)通常被用于道路監(jiān)控工程中的卡口系統(tǒng)或小區(qū)停車場出入口。

　　而頻閃補(bǔ)光則能與攝像機(jī)每幀圖像的電子快門同步，受控于攝像機(jī)的幀同步信號，并適應(yīng)攝像機(jī)的幀率做出相應(yīng)的倍頻，按照一定的頻率閃亮給攝像機(jī)補(bǔ)光，從而降低其對人眼的影響和減少環(huán)境光對拍照的干擾，現(xiàn)主要被應(yīng)用于治安卡口、超速抓拍、闖紅燈等環(huán)境中。
占據(jù)一席之地

　　紅外與激光攝像機(jī)在外界無需任何輔助光源的情況下即可得到較清晰的圖像，因此它們被較多地使用在夜晚無燈的區(qū)域。而基于其整體價(jià)格相對較低等優(yōu)勢，使得紅外攝像機(jī)在近年來所占據(jù)的市場份額也呈直線上升趨勢。但紅外與激光攝像機(jī)目前仍存在一些缺陷，如色彩為黑白、能耗大、散熱不佳、紅外攝像機(jī)照射距離有限、照射范圍不廣等等。而低照度攝像機(jī)是近年來隨著半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展而推出的監(jiān)控行業(yè)的熱點(diǎn)產(chǎn)品。

　　低照度攝像機(jī)，從字面上就可以看出，是指在光照較暗的情況下(即低照度)仍然可以獲得比較清晰圖像的攝像機(jī)。目前安防行業(yè)通常將前端攝像機(jī)分為四個(gè)等級：普通級攝像機(jī)，一般照度值均大于0.1Lux;照度值范圍在0.1Lux至0.01Lux之間的攝像機(jī)，一般被稱為低照度攝像機(jī);而被稱為月光級攝像機(jī)，其照度值范圍在0.01Lux至0.001Lux間;當(dāng)最低照度值達(dá)到甚至低于0.0001Lux的時(shí)候，便達(dá)到了“星光級”的超低照度攝像機(jī)，但這些分類也沒有絕對的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

　　市場上早期的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)低照度效果普遍一般。隨著圖像傳感器技術(shù)的提高，以及圖像降噪算法的應(yīng)用，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的低照度效果越來越好，它不同于紅外，可借助周圍的一切光源，如路燈、走廊燈、月光甚至星光等，在光線較暗的情況下獲得全彩色實(shí)時(shí)視頻圖像，由于采用了超靈敏度圖像傳感器和獨(dú)有的電子倍增和噪點(diǎn)控制技術(shù)能夠極大地提高攝像機(jī)的靈敏度，并且具備24小時(shí)全彩色實(shí)時(shí)效果，絕無普通低照度攝像機(jī)出現(xiàn)的拖尾現(xiàn)象，以滿足對夜間高品質(zhì)監(jiān)控的需求。其優(yōu)點(diǎn)是功耗小、圖像效果真實(shí)、不偏色，在應(yīng)用面上，雖然不及紅外攝像機(jī)廣泛，但也在一定程度上具備不可替代性。目前低照度攝像機(jī)普遍應(yīng)用于平安城市、軍隊(duì)、邊防、銀行、醫(yī)院、高速公路等對日夜監(jiān)控要求比較高的領(lǐng)域。

　　目前國內(nèi)安防行業(yè)中，僅有部分研發(fā)能力強(qiáng)、在圖像處理方面具備雄厚實(shí)力且有相應(yīng)細(xì)分市場的安防廠家在低照度攝像機(jī)領(lǐng)域取得了一定成績。如蘇州某安防廠商推出的星光級攝像機(jī)IPC123，其在星光環(huán)境下無須借助任何輔助光源便可顯示清晰且不拖尾的彩色圖像，同時(shí)與其他十來家廠商攝像機(jī)在新疆某兵團(tuán)公安系統(tǒng)組織的選型測試PK中脫穎而出，一舉拿下各項(xiàng)綜合性能NO 1的稱號，體現(xiàn)出該廠商在此領(lǐng)域的雄厚實(shí)力。

　　低照度監(jiān)控效果的提升方式

　　低照度監(jiān)控技術(shù)主要受鏡頭、圖像傳感器、后端圖像處理技術(shù)等因素的影響，要想取得較為理想的低照度監(jiān)控效果，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行提升：

　　利用大光圈鏡頭：鏡頭是攝像部件的重要組成部份，它在低照監(jiān)控應(yīng)用技術(shù)上的作用是為攝像機(jī)聚焦被攝目標(biāo)的光線，這里的低照應(yīng)用與技術(shù)關(guān)鍵在于鏡頭的口徑越大其進(jìn)光量也會越大，也就是鏡頭光圈的增大可有效提升進(jìn)光量，從而使攝像機(jī)獲得理想的低照度效果。

　　選用大靶面?zhèn)鞲衅鳎簲z像機(jī)的本質(zhì)就是把光能轉(zhuǎn)化為電能，而量化的核心部件是傳感器，傳感器的作用就是把傳到它身上的不同強(qiáng)度的光線進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成電壓信息最終生成數(shù)字圖像信息。而傳感器上接收光線的部位自然是核心中的核心。如果相同分辨率的攝像機(jī)，圖像傳感器靶面面積越大，則其單位像素進(jìn)光量就越大，抑制噪點(diǎn)能力越強(qiáng)，低照度拍攝時(shí)，成像畫質(zhì)也越好。

　　改進(jìn)傳感器工藝：要想取得理想的低照度效果，還可以通過對傳感器工藝的改進(jìn)，以提升其靈敏度。攝像機(jī)本體中的圖像傳感器看上去很簡單，實(shí)際上對生產(chǎn)工藝與微處理的技術(shù)要求相當(dāng)高，比如背照傳感器通過改善傳統(tǒng)CMOS感光元件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，讓感光層的元件調(diào)轉(zhuǎn)方向，光能從背面直射進(jìn)去，避免了在傳統(tǒng)傳感器結(jié)構(gòu)中，光線會受到微透鏡和光電二極管之間的電路和晶體管的影響，從而顯著提高光的效能，大大改善低光照條件下的拍攝效果。這類CMOS傳感器的靈敏度已經(jīng)與CCD傳感器接近，低照度下圖像效果極佳，但集成度更高、功能更加豐富且性價(jià)比更高。

　　良好的圖像處理技術(shù)：以往的攝像機(jī)采用傳統(tǒng)的2D算法來實(shí)現(xiàn)降噪功能，而現(xiàn)在采用的3D降噪技術(shù)，在原有的幀內(nèi)降噪基礎(chǔ)上，通過對前后兩幀的圖像進(jìn)行對比篩選處理，從而將噪點(diǎn)位置找出，對其進(jìn)行增益控制，3D數(shù)字降噪功能能夠降低弱信號圖像的噪波干擾。由于圖像噪波的出現(xiàn)是隨機(jī)的，因此每一幀圖像出現(xiàn)的噪波是不相同的。3D數(shù)字降噪通過對比相鄰的幾幀圖像，將不重疊的信息(即噪波)自動(dòng)濾出，采用3D降噪的攝像機(jī)，圖像噪點(diǎn)會明顯減少，圖像會更加清晰透徹，從而顯示出比較純凈細(xì)膩的畫面。

　　增加補(bǔ)光設(shè)備：低照度攝像機(jī)，比如星光級槍機(jī)，能在微光環(huán)境下正常工作，但有些場景，也可通過增加白光補(bǔ)光的方式來提升其監(jiān)控效果。

　　結(jié)語

　　目前，針對各類光源與場景，都有特定的監(jiān)控設(shè)備滿足用戶需求，包括在完全黑暗的環(huán)境下也可通過補(bǔ)光舉措實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控，24小時(shí)晝夜監(jiān)控技術(shù)已可基本滿足用戶需求，但用戶的需求也在不斷提升，與此同時(shí)，低照度監(jiān)控技術(shù)也需用不斷地提升來滿足用戶的需求。