突破槍機(jī)困惑 展露一體化監(jiān)控攝像機(jī)新生

槍型攝像機(jī)帶來的一些思考

　　隨著視頻圖像處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟，以及IT相關(guān)產(chǎn)業(yè)的推動，IP高清監(jiān)控依靠自身高清畫質(zhì)優(yōu)勢，逐步占據(jù)安防高端市場主導(dǎo)地位。尤其在平安城市建設(shè)、城市道路監(jiān)控、大型場館、金融銀行換代改造以及港口、機(jī)場、電力等行業(yè)(領(lǐng)域)獲得高度認(rèn)可。而在高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機(jī)扮演著重要角色，也是安防廠商投入重金研發(fā)的產(chǎn)品之一。

　　就目前而言，安防監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)主要包括槍式攝像機(jī)、一體化攝像機(jī)、半球攝像機(jī)和高速球攝像機(jī)等類型產(chǎn)品。而據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，目前高清攝像機(jī)產(chǎn)品中，由于高清一體化攝像機(jī)等機(jī)型研發(fā)技術(shù)尚未普及，槍式高清攝像機(jī)憑借自身“發(fā)家”早、技術(shù)成熟以及性價比優(yōu)勢占領(lǐng)大部分中低端市場和部分高端市場?？v然如此，其存在的諸多弊端同樣不容忽視。

　　槍型攝像機(jī)帶來的一些思考

　　聚焦點偏移問題

　　槍式攝像機(jī)主要由機(jī)身和鏡頭兩部分組合而成，其高性能的實現(xiàn)有賴于機(jī)身與鏡頭的完美搭配。而在監(jiān)控項目中，如果用戶或施工人員的專業(yè)技術(shù)不足，對攝像機(jī)與鏡頭搭配不合理，就會影響攝像機(jī)性能。在安防應(yīng)用中，用戶多采用手動調(diào)焦鏡頭，然而手動調(diào)焦依賴于人眼目視檢測和手動調(diào)節(jié)，其效率低下、精度不盡人意；此外，槍式本易受到潮氣、振動、熱脹冷縮等環(huán)境因素干擾大，在使用一段時間后，極易出現(xiàn)攝像機(jī)聚焦點偏移造成圖像模糊、不穩(wěn)定、老化快等問題。

　　背焦(后焦)調(diào)節(jié)問題

　　由于攝像機(jī)圖像傳感器靶面不平以及不同鏡頭之間后焦距的區(qū)別，因此槍機(jī)背焦(后焦)調(diào)節(jié)技術(shù)，一直是固定槍型攝像機(jī)廠商需要重點研發(fā)的技術(shù)。早期的背焦調(diào)節(jié)方式主要是后焦調(diào)節(jié)圈+后焦鎖定螺桿的方式，鎖定螺桿在多次調(diào)節(jié)后很容易損傷調(diào)節(jié)圈的螺紋，影響后焦的穩(wěn)定；另外一種方式是斜面自鎖式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通常采用塑膠材料，在極端環(huán)境下也可能由于熱脹冷縮等原因造成后焦跑焦。此外，一些新的方法是采用更加精密可靠的螺紋調(diào)焦機(jī)構(gòu)，但在模具上廠商投入的成本會更多。

　　對于槍機(jī)使用一段時間后跑焦的問題，用戶和廠商各有解決之道。用戶(或工程商)通常只有派技術(shù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行處理，就網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控而言監(jiān)控前端設(shè)備分布較遠(yuǎn)，這也將大大提高監(jiān)控維護(hù)成本；而少數(shù)廠商也在攝像機(jī)中加入電子后焦調(diào)整機(jī)構(gòu)，但這無疑也增加了攝像機(jī)的成本。

　　夜視問題

　　無論是用戶還是廠商都希望攝像機(jī)在白天和夜晚都能夠帶來同樣優(yōu)異的畫質(zhì)。為了實現(xiàn)全天候監(jiān)控，除了期待高敏高感度的圖像傳感器，廠商不得不采用多種手段來提升低照度環(huán)境下的圖像效果。例如采用日夜型紅外截止雙濾光片自動切換機(jī)構(gòu)、彩轉(zhuǎn)黑、3D數(shù)字降噪、數(shù)字寬動態(tài)圖像增強(qiáng)等技術(shù)。然而，無論無論產(chǎn)品將最低照度值標(biāo)至多低，夜間監(jiān)視效果與白天還是有一定差距，要想獲取清晰畫面，還需對場景補(bǔ)光(白光、普通紅外或激光夜視)。就槍型攝像機(jī)而言，鏡頭對于攝像機(jī)低照度的影響也是舉足輕重，百萬像素的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)除了應(yīng)當(dāng)選擇相應(yīng)的百萬像素鏡頭以外，鏡頭的鍍膜和曲光率的設(shè)計也應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，低照度環(huán)境表現(xiàn)優(yōu)異的圖像傳感器、配上穩(wěn)定可靠的濾光片機(jī)構(gòu)、外配一款好的鏡頭、再加上優(yōu)異的圖像增強(qiáng)算法，這些都是一個好的槍型攝像機(jī)產(chǎn)品需要具備的要素，但這些都又不是低價產(chǎn)品所能承受之重。

　　變焦問題

　　現(xiàn)在市場上使用的槍機(jī)鏡頭很多是自動光圈手動變焦型，焦距為幾毫米到幾十毫米，焦距需要在安裝時調(diào)整到位并鎖定。所以槍機(jī)通常只能用到監(jiān)控范圍有限的場合，比如室內(nèi)、樓道、停車場出入口等監(jiān)控位置相對固定的場所。當(dāng)然，槍型攝像機(jī)也可以采用電動變焦鏡頭，但電動鏡頭工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，所以目前市場上的電動鏡頭都比較昂貴。鏡頭生產(chǎn)廠商采用鏡頭嚴(yán)格選材，采用航空航天技術(shù)中常用到的合金材料，使用高精密數(shù)控機(jī)床一次性加工而成，鏡頭與鏡頭座連接部分采用鎖緊環(huán)緊固等方式來提高攝像機(jī)穩(wěn)定性。這種變焦鏡頭通常用于森林環(huán)境和防火監(jiān)控、邊防等特殊場合應(yīng)用，普通用戶實難普及。另外，由于網(wǎng)絡(luò)延時問題，電動變焦后帶來的手動控制二次聚焦問題無疑又是一大難題。

突破困惑 一體機(jī)在展露新生

　　如何走出槍機(jī)的困惑

　　基于上述槍機(jī)無法回避的問題，鏡頭一體化的攝像機(jī)解決方案應(yīng)運而生。一體化攝像機(jī)現(xiàn)在專指具有光學(xué)變焦和自動聚焦鏡頭內(nèi)置一體化的攝像機(jī)。與槍機(jī)相比，一體機(jī)芯精密度和技術(shù)要高很多，模擬監(jiān)控時代的一體機(jī)機(jī)芯均被日韓企業(yè)(如三星、日立、索尼等)所壟斷。近年來，隨著IP高清技術(shù)發(fā)展，國內(nèi)少數(shù)頗具研發(fā)實力的企業(yè)已經(jīng)掌握了高清一體機(jī)機(jī)芯核心技術(shù)，如艾普視達(dá)、?？低?、浙江大華、奧尼克斯以及神州數(shù)碼等。由于一體機(jī)技術(shù)精度要求較高、研發(fā)生產(chǎn)成本高，所以目前市場上高清網(wǎng)絡(luò)一體機(jī)價格偏貴。高清一體機(jī)產(chǎn)品多用于平安城市、道路監(jiān)控、機(jī)場、廣場等場所。

　　一體化攝像機(jī)技術(shù)優(yōu)勢

　　與傳統(tǒng)槍型攝像機(jī)相比，一體化攝像機(jī)集成度高體積小巧、美觀，安裝非常簡單。同時，高清網(wǎng)絡(luò)一體機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)變倍、聚焦和光圈控制，一次安裝幾乎不需要到現(xiàn)場進(jìn)行后期維護(hù)。此外，高清網(wǎng)絡(luò)一體化攝像機(jī)清晰度更高、監(jiān)控范圍更廣，不需要另外選配高清鏡頭，綜合性價比高。

　　與槍機(jī)等普通機(jī)型相比，一體化攝像機(jī)的特色主要體現(xiàn)在自動聚焦上，其使圖像畫面隨時保持清晰。那么，何為自動聚焦？簡而言之，自動聚焦即是通過攝像機(jī)自動聚焦算法檢測圖像主物面的位置，并根據(jù)其在攝像機(jī)圖像傳感器上的聚焦情況自動調(diào)整鏡頭的聚焦馬達(dá)，這樣往復(fù)多次，即可實現(xiàn)變焦控制全程自動聚焦，圖像在變焦過程中隨時保持清晰。如此一來，傳統(tǒng)槍機(jī)跑焦和手動調(diào)焦維護(hù)的時代便一去不復(fù)返了。

　　變焦控制和自動聚焦技術(shù)提高了監(jiān)控效率，當(dāng)圖像畫面發(fā)生變化(如有物體移動或變焦控制時)需要重新聚焦，自動聚焦鏡頭可以自動執(zhí)行聚焦操作，讓整個畫面始終保持焦點準(zhǔn)確圖像清晰。比如我們控制鏡頭變焦讓畫面場景中的人物由遠(yuǎn)及近時，自動聚焦算法會不斷分析當(dāng)前畫面并發(fā)出鏡頭自動聚焦命令，使人物在畫面中始終保持焦點清晰。而如果一體化攝像機(jī)安裝在云臺上，同樣可以根據(jù)云臺的操作完成自動聚焦。自動聚焦主要技術(shù)難點是要提高聚焦的速度和精度，精度將影響后期圖像處理的結(jié)果。場景中被攝物體與拍攝的距離時刻發(fā)生變化，快速的聚焦十分必要，聚焦速度的提高，取決于聚焦評價函數(shù)的選擇。聚焦評價函數(shù)用來衡量圖像聚焦與否?；趫D像處理的自動聚焦算法中常用的聚焦評價函數(shù)的類型大致有：灰度梯度函數(shù)、信息學(xué)函數(shù)、頻域函數(shù)、統(tǒng)計學(xué)函數(shù)等。用微積分法對圖像進(jìn)行梯度變換，將圖像的邊緣增強(qiáng)處理，使聚焦圖像與離焦圖像的評價函數(shù)值更加分明，提高了準(zhǔn)確聚焦的靈敏度。該方法是目前安防一體化攝像機(jī)使用得較多的一種。

　　日夜轉(zhuǎn)換技術(shù)讓安防無“黑夜”。一體化攝像機(jī)集成了雙濾光片切換機(jī)構(gòu)，由于鏡頭固定，因此無需考慮后焦可調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)，集成度高，更加穩(wěn)定可靠。再加上攝像機(jī)本身的數(shù)字寬動態(tài)處理、3D降噪處理以及強(qiáng)制彩轉(zhuǎn)黑等圖像增強(qiáng)方式，即便在夜間，其依然可以獲得良好的圖像畫質(zhì)。當(dāng)然，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)光措施也是非常有必要的。

　　此外，高清網(wǎng)絡(luò)一體化攝像機(jī)將視頻、云臺控制、報警和供電等都向網(wǎng)絡(luò)化集成，具有SD卡本地錄像存儲、運動視頻圖像偵測、PoE供電、WiFi等功能，真正實現(xiàn)一線通。

　　一體化攝像機(jī)發(fā)展趨勢

　　除了在低照度、寬動態(tài)等方面具備高超表現(xiàn)外，一體機(jī)也在眾多特殊應(yīng)用場合“施展身手”，比如與紅外云臺配合實現(xiàn)紅外燈的變焦同步，與高速云臺配合實現(xiàn)長焦限速等。此外，一體機(jī)(或機(jī)芯)與球機(jī)或云臺配合還能實現(xiàn)一些自動跟蹤的功能。這些都是未來攝像機(jī)發(fā)展的方向。

　　當(dāng)然，有人會問：槍機(jī)會被淘汰么？筆者認(rèn)為不會。如同模擬監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控將長期并存一樣，傳統(tǒng)槍型攝像機(jī)和一體化攝像機(jī)也將在相當(dāng)長的范圍內(nèi)長期并存。傳統(tǒng)槍型攝像機(jī)主要用于一些特殊場合，比如需要實現(xiàn)超遠(yuǎn)距離監(jiān)控和透霧監(jiān)控的場景，如森林防火監(jiān)測，邊境、海岸線巡防等，這種專用鏡頭的倍數(shù)非常高，體積也非常大，如果這樣的鏡頭要內(nèi)建，那么內(nèi)建出的一體化攝像機(jī)可以稱之為“龐然大物”。但筆者認(rèn)為，固定槍型攝像機(jī)終將是一體機(jī)的天下，一體化攝像機(jī)將大行其道。

　　一體化攝像機(jī)優(yōu)勢是顯而易見的，它以體積小巧、自動聚焦、穩(wěn)定性好、在安裝和控制方面所具有的優(yōu)勢，被越來越多的客戶接受。而目前市場上高清網(wǎng)絡(luò)一體化攝像機(jī)(和機(jī)芯)還不是很多。隨著一體化攝像機(jī)精密集成電子技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)成本的下降，一體化攝像機(jī)勢必甩掉“價格高昂”的帽子。而用戶對一體化攝像機(jī)的剛性需求給一體機(jī)發(fā)展帶來新的契機(jī)，敏銳的攝像機(jī)廠商已經(jīng)研發(fā)生產(chǎn)出可以取代槍機(jī)的一體機(jī)。隨著后續(xù)技術(shù)的完善和產(chǎn)量的提升，高清一體機(jī)產(chǎn)品的價格將會越來越低，一體機(jī)的普及將銳不可擋。