低照度攝像機能否滿足監控市場應用的需求
【勁浪資訊】據了解為了突出監控(kong)攝(she)像(xiang)機對圖(tu)像(xiang)的捕捉能力,越來(lai)越多(duo)(duo)的安防廠商將寬動態與低(di)照度兩(liang)(liang)大功(gong)(gong)能納入(ru)了基本(ben)范(fan)疇之內(nei)。就在(zai)眾多(duo)(duo)造型、功(gong)(gong)能的監控(kong)攝(she)像(xiang)機中,我(wo)們發(fa)(fa)現寬動態與低(di)照度監控(kong)能夠(gou)解決日常監控(kong)中的很多(duo)(duo)問題,因此(ci)這兩(liang)(liang)種功(gong)(gong)能也就成了必(bi)備要素。本(ben)文圍繞(rao)低(di)照度攝(she)像(xiang)機應(ying)用,探(tan)討低(di)照度監控(kong)應(ying)用的發(fa)(fa)展(zhan)。
在進行(xing)低(di)照與(yu)夜視監控建置及(ji)產品選型(xing)前,需先(xian)對低(di)照與(yu)夜視應用的(de)(de)(de)類別(bie)及(ji)特性有所了解(jie),只有掌握(wo)這(zhe)些類別(bie)特性之后(hou)才能善(shan)加運(yun)用于相應的(de)(de)(de)環(huan)境。首(shou)先(xian),低(di)照度(du)攝(she)像機一般是指無需輔助燈光(guang)就能夠辨別(bie)低(di)照環(huan)境下(xia)的(de)(de)(de)目標,其原理是運(yun)用攝(she)像機本身感光(guang)組件Sensor、圖像處理單元ISP/DSP及(ji)鏡頭光(guang)學作用共同實現,應用這(zhe)些底層(ceng)關鍵技術,低(di)照與(yu)夜視監控的(de)(de)(de)應用方(fang)式(shi)才得以產生實際(ji)的(de)(de)(de)效能,而其實現方(fang)式(shi)并(bing)非唯一,大(da)致包含以下(xia)幾大(da)類。
最常用的低光高感應模式(Low-LightMode)
又稱低(di)(di)光(guang)(guang)全(quan)(quan)彩模(mo)式,此型攝(she)(she)(she)像(xiang)機大多采用(yong)SuperHAD、Ex-view/EXTRA-ViewCCD或背照(zhao)式COMS為感光(guang)(guang)組件(jian),在低(di)(di)照(zhao)環境下有很好的可見光(guang)(guang)和近紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)反應。應用(yong)此技術(shu)的攝(she)(she)(she)像(xiang)機也(ye)稱做全(quan)(quan)天候攝(she)(she)(she)像(xiang)機。通常(chang)其低(di)(di)光(guang)(guang)彩色模(mo)式的低(di)(di)照(zhao)度(du)可達10-2Lux,以黑白呈現可達10-3Lux,搭配紅(hong)外(wai)輔助照(zhao)明則(ze)可在0Lux下使用(yong),但后兩(liang)種(zhong)(zhong)情況(kuang)的照(zhao)度(du)不構成(cheng)Low-light即低(di)(di)光(guang)(guang)彩色條件(jian)的要求與模(mo)式。此種(zhong)(zhong)監控攝(she)(she)(she)像(xiang)機不僅能(neng)清晰的辨識影(ying)像(xiang),更能(neng)在低(di)(di)光(guang)(guang)下維持一定噪(zao)聲值呈現彩色畫面,且沒(mei)有通過快門(men)慢(man)速光(guang)(guang)累積方(fang)式實(shi)現低(di)(di)照(zhao)顯(xian)示時出(chu)現的畫面延遲拖尾等情況(kuang)。
最便利的日彩色/夜黑白模式(Day/NightMode)
又稱為(wei)(wei)日(ri)夜(ye)(ye)模式,利(li)用電(dian)子機(ji)(ji)械(xie)原理(li),此(ci)種(zhong)攝(she)(she)(she)像(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)在市場上漸(jian)漸(jian)成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)主流。一(yi)(yi)般(ban)日(ri)夜(ye)(ye)型(xing)攝(she)(she)(she)像(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)的(de)(de)低(di)照(zhao)性(xing)能(neng)以彩(cai)色10-2Lux及(ji)ICRon黑(hei)白時10-3~10-4Lux的(de)(de)模式來標示(shi),0Lux這(zhe)樣的(de)(de)標示(shi)基本(ben)沒有意義,因此(ci)在應(ying)用于低(di)光(guang)夜(ye)(ye)視情(qing)況下的(de)(de)日(ri)夜(ye)(ye)監控時必(bi)(bi)須特別說明(ming)。此(ci)種(zhong)攝(she)(she)(she)像(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)利(li)用黑(hei)白影(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)對紅外線高感(gan)度(du)的(de)(de)特點(dian),在特定的(de)(de)光(guang)線條件(jian)下,利(li)用電(dian)子機(ji)(ji)械(xie)線路切(qie)換(huan)濾(lv)光(guang)片(pian)ICRCut或(huo)直接切(qie)換(huan)為(wei)(wei)黑(hei)白信號,即(ji)在感(gan)應(ying)紅外線后將影(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)由彩(cai)色轉為(wei)(wei)黑(hei)白模式。而在彩(cai)色/黑(hei)白線路轉換(huan)的(de)(de)過(guo)程中,因為(wei)(wei)去(qu)除了紅外濾(lv)光(guang)片(pian),使(shi)得畫面成(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)焦點(dian)產(chan)生變化,故必(bi)(bi)須搭配IR鏡(jing)頭(tou),使(shi)日(ri)夜(ye)(ye)成(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)焦距保持一(yi)(yi)致,以避免影(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)焦距模糊及(ji)色彩(cai)表(biao)現不(bu)正確等缺點(dian)。基于此(ci),雖(sui)然此(ci)類型(xing)攝(she)(she)(she)像(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)已(yi)成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)采購(gou)趨勢(shi),但額外搭配IR鏡(jing)頭(tou)令(ling)成(cheng)(cheng)本(ben)增(zeng)加這(zhe)一(yi)(yi)“劣勢(shi)”無法避免,且嚴格(ge)來說,此(ci)模式并(bing)不(bu)是最理(li)想的(de)(de)低(di)照(zhao)與(yu)夜(ye)(ye)視應(ying)用方式。
最不得已的紅外線輔助照明模式(IRIlluminationMode)
又稱紅(hong)外(wai)(wai)(wai)線攝(she)(she)像(xiang)機(ji)(ji)(IRCamera),是目(mu)前(qian)除(chu)了日夜轉換攝(she)(she)像(xiang)機(ji)(ji)以外(wai)(wai)(wai)最好的(de)(de)一種低(di)照與夜視(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)用(yong),還(huan)可(ke)(ke)分為攝(she)(she)像(xiang)機(ji)(ji)內置IR燈(deng)及外(wai)(wai)(wai)掛IR輔(fu)助(zhu)投(tou)射燈(deng)兩種。因為CCD及CMOSSensor感光(guang)組(zu)(zu)件(jian)可(ke)(ke)以感應(ying)(ying)(ying)大部分可(ke)(ke)見(jian)光(guang)及紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光(guang)光(guang)譜(pu)范圍,故(gu)可(ke)(ke)在夜間無可(ke)(ke)見(jian)光(guang)照明的(de)(de)情況下(xia),輔(fu)助(zhu)紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光(guang)燈(deng)照明使(shi)影(ying)像(xiang)Sensor感應(ying)(ying)(ying)更(geng)清晰(xi)的(de)(de)影(ying)像(xiang)。同時,攝(she)(she)像(xiang)機(ji)(ji)的(de)(de)感光(guang)組(zu)(zu)件(jian)在黑白模(mo)式(shi)下(xia)比彩色(se)模(mo)式(shi)具有更(geng)高的(de)(de)光(guang)感靈敏(min)度,可(ke)(ke)在黑暗的(de)(de)環境中擷取到(dao)更(geng)清晰(xi)的(de)(de)影(ying)像(xiang),所以在紅(hong)外(wai)(wai)(wai)燈(deng)的(de)(de)輔(fu)助(zhu)照明下(xia),可(ke)(ke)做(zuo)到(dao)0Lux環境條件(jian)下(xia)的(de)(de)監(jian)(jian)控應(ying)(ying)(ying)用(yong)。此外(wai)(wai)(wai),透(tou)過光(guang)敏(min)電阻的(de)(de)自動點滅裝置,還(huan)可(ke)(ke)選擇(ze)搭配黑白或日夜型攝(she)(she)像(xiang)機(ji)(ji)以增加低(di)照與夜視(shi)(shi)的(de)(de)監(jian)(jian)控應(ying)(ying)(ying)用(yong)能力。
最具風險的慢速快門模式(DigitalSlowShutter)
利用DSS電子低速快門,讓光線(xian)大量通過光圈快門累(lei)(lei)積(ji)(ji)出較高(gao)的畫(hua)(hua)面照(zhao)度效果,也被稱為光或幀累(lei)(lei)積(ji)(ji)方式(shi)(shi)。這類幀累(lei)(lei)積(ji)(ji)型攝像(xiang)機(ji),利用慢快門技(ji)(ji)術(shu),將因光線(xian)不足而(er)較顯模糊的畫(hua)(hua)面累(lei)(lei)積(ji)(ji)起來,形(xing)成一個影像(xiang)清(qing)晰的畫(hua)(hua)面。在(zai)光圈為f1.2-1.4的前提(ti)下,畫(hua)(hua)面能累(lei)(lei)積(ji)(ji)足夠的照(zhao)度幀數,此技(ji)(ji)術(shu)可降(jiang)低攝像(xiang)機(ji)照(zhao)度至10-4Lux。有(you)文章曾提(ti)及這是一種雖笨但可靠的低光應用技(ji)(ji)術(shu),但這種技(ji)(ji)術(shu)只適用于(yu)固(gu)定式(shi)(shi)攝像(xiang)機(ji),且(qie)需(xu)求(qiu)環(huan)境光線(xian)變化恒定,否則容(rong)易(yi)導(dao)致畫(hua)(hua)面拖影延時,適用于(yu)禁用紅外線(xian)或投射燈等靜態(tai)監控(kong)場(chang)所(suo)。
低照度攝像機監控需求
在“平(ping)安(an)城市”項目、金融、文博、酒店、寫字(zi)樓、住宅小區、平(ping)安(an)村(cun)居(ju)、校園、港口(kou)、高(gao)速公路、街道(dao)等場合,對攝像(xiang)機性能(neng)要(yao)求(qiu)比較(jiao)高(gao),由于常規型(xing)攝像(xiang)機難以滿(man)足(zu)24小時連續監控(kong)的需(xu)求(qiu),所(suo)以低照度(du)攝像(xiang)機成(cheng)(cheng)為首要(yao)選擇。這些(xie)應用(yong)中(zhong),例如(ru)“平(ping)安(an)城市”項目,夜間光照不足(zu),又不可能(neng)大規模安(an)裝(zhuang)(zhuang)補光照明設施,在這樣的情況下(xia),要(yao)得到較(jiao)好的監控(kong)效果(guo),就(jiu)需(xu)要(yao)安(an)裝(zhuang)(zhuang)高(gao)品質(zhi)的低照度(du)攝像(xiang)機,既能(neng)保(bao)證監控(kong)效果(guo),又能(neng)簡化系(xi)統構成(cheng)(cheng)和(he)實現(xian)較(jiao)好的可靠(kao)性和(he)較(jiao)低的成(cheng)(cheng)本。
除了上述這(zhe)些(xie)傳(chuan)統的(de)監控領域,森林、醫(yi)院等地方,一(yi)般也會安裝(zhuang)低照度(du)攝(she)像(xiang)機,這(zhe)些(xie)場合,環(huan)境(jing)光(guang)照不(bu)(bu)理想,但又不(bu)(bu)宜外(wai)加光(guang)源(yuan),例如(ru)醫(yi)院,為了保(bao)證病人(ren)休(xiu)息,不(bu)(bu)方便通過補光(guang)等方式來提高環(huan)境(jing)照度(du),就只能在攝(she)像(xiang)機性(xing)能上想辦法(fa),所以需要安裝(zhuang)低照度(du)攝(she)像(xiang)。
還有(you)一(yi)些(xie)場(chang)所,沒(mei)有(you)條件加光源,也(ye)需(xu)要使用(yong)低照度(du)攝像(xiang)機(ji)。例如一(yi)些(xie)工地、油田、廠區、貨場(chang)等室外場(chang)所,監控面積(ji)大,又往往沒(mei)有(you)路(lu)燈,這種情況(kuang)下(xia),采用(yong)普通攝像(xiang)機(ji)就不(bu)能保證(zheng)監控效果,也(ye)需(xu)要采用(yong)低照度(du)攝像(xiang)機(ji),才能保證(zheng)有(you)效的監控效果。
總之,低(di)(di)照度(du)攝像(xiang)機(ji)要(yao)主要(yao)依靠自身的性能來實現在微(wei)弱光線下獲得(de)較好的監控效果,使其對對外部環境(jing)依賴較小,對于特殊場合,夜間能實現隱蔽監控。由(you)于對低(di)(di)照度(du)攝像(xiang)機(ji)可靠性、性能要(yao)求(qiu)都(dou)比較高,因(yin)此價格也相應高于普通(tong)攝像(xiang)機(ji),用(yong)戶預算(suan)也應該要(yao)比較高些。
低照度攝像機未來發展
低照度攝(she)像機的發展主(zhu)要(yao)集中在產品性(xing)能、產品功能這兩(liang)個方面。
產(chan)品性(xing)能的(de)提升,主要依靠更優(you)秀的(de)感光器件,例如SONY的(de)SuperHADIICCD,其次是采用更優(you)秀的(de)DSP技(ji)術,通(tong)過(guo)DSP的(de)信(xin)號優(you)化、圖(tu)像(xiang)降(jiang)噪、整機靈敏度提升來實現攝像(xiang)機性(xing)能的(de)跨越(yue)。
產品功能(neng)則(ze)更多是結合實(shi)際需求來(lai)實(shi)現(xian):例如(ru)在實(shi)際中發現(xian)彩(cai)(cai)轉(zhuan)黑(hei)之后容(rong)易虛焦,所以(yi)引入自動(dong)后焦調節(jie)(ABF技術)、步進電(dian)機(ji)驅動(dong)的ICR雙濾(lv)光(guang)片(pian)技術(一塊濾(lv)光(guang)片(pian)負責(ze)(ze)濾(lv)除(chu)紅外光(guang),另(ling)一塊負責(ze)(ze)光(guang)學補償)。又(you)如(ru)低照度(du)攝像機(ji)和紅外燈(deng)協同工作時,容(rong)易出現(xian)頻繁(fan)日夜切換(huan)等(deng)問題,所以(yi)AMPON開(kai)(kai)發了紅外偵測鎖(suo)定(ding)技術,還(huan)有一些廠家(jia)開(kai)(kai)發了光(guang)敏開(kai)(kai)關測光(guang)技術等(deng)等(deng),來(lai)保(bao)障彩(cai)(cai)轉(zhuan)黑(hei)攝像機(ji)轉(zhuan)換(huan)性能(neng)的穩定(ding)。
低(di)照度攝像機提(ti)升效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)最合(he)理(li)的(de)(de)(de)做法(fa),是用(yong)硬件(jian)來提(ti)升產品(pin)性能,例如通過在CCD、DSP方(fang)面的(de)(de)(de)努(nu)力,實打實地(di)提(ti)升低(di)照度效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)。而對于延長(chang)曝(pu)光時間(慢快門(men))或稱(cheng)幀累積技術(shu)來提(ti)升低(di)照度效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)的(de)(de)(de)方(fang)法(fa),往(wang)(wang)往(wang)(wang)會帶來不理(li)想(xiang)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)。
如(ru)采(cai)用慢快(kuai)門,由于曝(pu)光(guang)時間延長,使(shi)畫(hua)面亮(liang)(liang)度(du)(du)提升,看起來是(shi)提高了低照度(du)(du)效果,實際上(shang)拍攝(she)到的(de)圖(tu)像細節(jie)模糊不(bu)清(qing),所以(yi)延長曝(pu)光(guang)時間的(de)做法,是(shi)不(bu)可取的(de)。有些產(chan)品(pin)把(ba)出(chu)廠的(de)默認亮(liang)(liang)度(du)(du)值提高到120IRE(大于標準值100IRE、700毫伏),常常是(shi)夜間亮(liang)(liang)度(du)(du)好,白天曝(pu)光(guang)過度(du)(du),監(jian)控質(zhi)量變(bian)差。
最后要說(shuo)的就是數字降(jiang)(jiang)噪,這(zhe)是一種很有(you)效的抑(yi)制噪點的方式,就是通(tong)過(guo)數字處理,可以降(jiang)(jiang)低(di)雜波,突出想要的監控信息主(zhu)體,攝像機性能(neng)將有(you)很大提升。
低照度攝(she)像機(ji)對(dui)其(qi)重(zhong)要的(de)(de)配套器件----鏡頭有較高的(de)(de)要求,例如(ru)(ru)優(you)質(zhi)的(de)(de)鏡頭,其(qi)F值能(neng)(neng)做得較小,即(ji)通(tong)光量較大;又如(ru)(ru)彩(cai)轉(zhuan)黑攝(she)像機(ji)需要采(cai)(cai)用感(gan)應紅外鏡頭,它(ta)最大的(de)(de)優(you)勢是白天(tian)和(he)(he)夜間(jian)聚(ju)焦一致,不會(hui)出現彩(cai)轉(zhuan)黑虛焦的(de)(de)情況。這(zhe)是因為它(ta)采(cai)(cai)用了非球面鏡片和(he)(he)特殊的(de)(de)玻璃材(cai)質(zhi),所以能(neng)(neng)消除聚(ju)焦誤差(cha),實現日夜聚(ju)焦一致,而這(zhe)個性(xing)能(neng)(neng),對(dui)于彩(cai)轉(zhuan)黑攝(she)像機(ji)至(zhi)關重(zhong)要。
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