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四川艾普視達數碼科技有限公司
四川艾普視達數碼科技有限公司
閱讀：405發布時間：2012-11-27
| 本文提要：視頻監控從模擬走向數字用了近10年，在IP監控如火如荼的今天，雖然高清網絡監控迅猛發展，但模擬監控仍占據大部分市場，這些說明高清網絡監控還未能讓市場用戶*滿意。科技的發展日新月異，無法準確預測未來的安防視頻監控會將如何？對安防人士來說或許只能從現有IP高清的不足中管中窺豹，努力提升高清網絡攝像機的畫質和性能。 |
（本文由：四川艾普視達數碼科技有限公司市場部 范清華 原創發布，轉載請注明出處。本文已發表至《安全自動化》2011.11月第154期）
寬動態會逐漸成為標配 （本文由：四川艾普視達數碼科技有限公司市場部 范清華 原創發布，轉載請注明出處。本文已發表至《安全自動化》2011.11月第154期）
由于室外光線照度強，室內光線照度弱，在拍攝高反差、逆光強光和光線折射環境時，比如從室內看窗戶、停車場出入口時、營業大廳門口等，圖像中明亮的區域會曝光過度、而較暗的區域則曝光不足，難以識別。WDR技術能夠保證圖像中明暗不同區域的所有物體都得到較好的細節呈現，暗的地方變亮，亮的地方變暗，整個畫面較協調。不管是普通、低照度還是強光抑制的需求，用戶需要用攝像機看到更多的信息；總的來說都需要的WDR或者叫做HDR技術。
寬動態范圍是圖像傳感器的*屬性，如果一個圖像傳感器被設計用于寬動態場景，那么它在高反差等場景中將具有更高的寬容度，更大范圍保留圖像細節。我們認為，WDR和高清IPC一樣，也會分為高、中、低端的產品。一方面從綠色地球的范疇來講，做的設備，需要消耗更多的資源。另一方面，從消費金字塔模型來看，并非所有的用戶都需要zui全功能的設備。所以，我們認為增加少量成本、較低的系統復雜性就能達到90%用戶需求的WDR IPC是中低端的產品；而需要增加大量成本、高系統復雜性的WDR產品只滿足10%用戶的需求。WDR在技術上的突破主要體現在兩個方面：一個是Sensor本身動態范圍的提升，一個是圖像處理技術的進步。
值得注意的是，由于CCD的固有特性，即便是采用多次曝光方式，CCD攝像機的寬動態范圍zui多也只有66dB，而CMOS寬動態攝像機在現有技術下其動態范圍已能達到160dB。寬動態意味著更多的通光量和更大的感光度，在未來CMOS寬動態技術將有更大的發展空間。而動態范圍越大，圖像噪聲也會越多。攝像機進來的圖像的信息量增加了，那么就需要更強大的數字后處理能力去處理它。隨著計算機技術、芯片技術飛速的發展WDR作為攝像機標配的那一天已經不遠了。
以艾普視達的IP高清寬動態產品為例，在技術上采用軟硬結合的HDR處理模式。就是說除了通過Sensor來完成WDR效果外，還引入了數字寬動態（dWDR）技術，dWDR技術通過數字圖像處理來提升WDR圖像效果，在打開WDR的時候，噪聲沒有明顯的變化，亮處圖像的色彩也不會嚴重失真。dWDR技術結合的廣播級3A控制和壓縮處理技術，用戶能以較低的碼流得到較好的寬動態效果，具有良好性價比。
客戶在選擇攝像機時，主要還是應根據實際安保監控級別的需要選用不同動態范圍的高清寬動態網絡攝像機，沒有必要一味追求寬動態的效果。須知動態范圍越高，所產生的圖像噪聲也會越大。如金融銀行ATM、自助銀行出入口這類場所，因其安保級別較高，必須要看清人的面部特征，這類場所就可以選用動態范圍較高的高清網絡攝像機；而一般的停車場出入口，高速公路匝道則可以選擇動態范圍略低的攝像機，其更偏向于選擇低照度攝像機。
正確看待低照度
低照度是指網絡攝像機在低照度的環境下的圖像細節還原能力，通常是以zui低照度（單位Lux）來表示。低照度攝像機在內部主要是選用具有高感光度特征的CCD/CMOS圖像傳感器芯片；通過雙濾光片切換機構和彩轉黑方式實現日夜型圖像功能；在編碼過程中進行低照度圖像降噪和圖像增強等技術。在外部環境中主要是通過紅外燈、白光燈或激光來補光。通常各廠商都會采用一種或多種技術組合的方式還提升低照度下的圖像效果。
低照度攝像機通常有三種實現方式：
日夜型和彩轉黑，采用雙濾光片切換機構。在白天和光線充足條件下，使用紅外截止濾光片，修正白天偏色問題，確保清晰、高品質的彩色圖像。在夜間或在其他低光照情況下，切換為另一片全透光譜濾光片，提升夜晚的亮度，以便允許捕捉明亮、高對比度的黑白圖像。
低速快門（Slow shutter，也叫慢快門），這種方式又稱為幀累積，連續將幾個因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，成為一個圖像清晰的畫面。此類型低照度攝像機適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館，夜間生物活動觀察，夜間軍事海岸線監視等靜態場景的監視。不適合城市道路等動態監控。
超感光度，這種方式主要是提升攝像機圖像傳感器的感光度。圖像傳感器在近幾年雖然發展迅速，但仍然與人眼所能看到的圖像差別很大，特別是低照度環境下不能達到人眼睛所具有的感光度。因此一方面圖像傳感器的感光度還不夠高，另一方面我們也要看到圖像傳感器在未來的巨大發展空間。
用戶總是希望攝像機能適用于多種復雜的環境，不但白天畫質要好，夜間也希望能看清楚。然而我們都應該正確認識低照度的特性，低照度與環境照度、快門速度、鏡頭光圈大小、增益等都有關系。實際上無論CCD相機還是CMOS相機都不能在漆黑的環境中（視為照度為0lux）呈現清晰的圖像，要使攝像機正常工作，必須要對環境進行補光。無論產品宣稱多么低的照度，夜間都不能記錄像白天一樣清晰的圖像。要想看清楚還得需要對場景補光（白光、普通紅外或激光夜視等）。
快門模式的發展
在某些特殊監控應用領域（比如高清抓拍），通常用戶會抱怨采用CMOS圖像傳感器的攝像機不能滿足要求。這還得從CMOS圖像傳感器的工作方式說起。CMOS傳感器的工作方式并不是像很多人想象的那樣通過一個信號線就可以控制曝光的開始和結束。傳感器的感光二極管不停的在捕獲入射光子并轉換成電子存儲在電荷井中，控制部分可以將其讀出和清零，但不能停止曝光。在這個過程中，并沒有實際意義上的快門存在，這也叫電子快門。那么電子快門是怎么實現的呢？
一種是Rolling Shutter（卷簾式快門）。目前大多數CMOS傳感器采用這種快門。對任一像素，在曝光開始時現將其清零，然后等待曝光時間過后，將信號值讀出。數據的讀出采用串行方式，所以清零/曝光/讀出也只能逐行順序進行，通常是從上至下。Rolling Shutter可以達到更高的像素和幀率，但由于掃描速度和數據讀出速度的差異，無法實現和現有的閃光燈同步。但當曝光不當或物體移動較快時，會出現部分曝光、傾斜、抖動等現象。這一特性也催生了長延時閃光燈的誕生，以解決現有Rolling Shutter模式下的閃光同步問題。
另外一種是Global Shutter（全局快門）。zui主要的區別是在每個像素處增加了采樣保持單元，在時間達到后對數據進行采樣然后順序讀出，這樣雖然后讀出的像素仍然在進行曝光，但存儲在采樣保持單元中的數據卻并未改變。相當于是整體統一進行一次性曝光。Global Shutter曝光時間更短，適合抓拍場合應用。但是由于增加了每個像素的元件數目，使得填充系數降低，所以很難設計出高像素數的傳感器，另外采樣保持單元還引入了新的噪音源，增加了RMS 讀出噪聲。
通常情況下，曝光時間短的應用（如<500μs）適合Global Shutter，曝光時間長（如大于500μs）時，選擇Rolling Shutter可以有更低的噪聲和更高的幀率。目前，很多圖像傳感器廠商也在將Global Shutter技術引入安防監控用的芯片中，相信很快就會有配合傳統閃光燈高清抓拍應用的高性價比產品。
IP高清未來將是一體機的天下
可更換鏡頭的傳統槍式攝像機，由于起步早，技術成熟擁有價格上的優勢。用戶可以根據監控場景選配不同的鏡頭，安裝起來比較靈活。但若是用戶或施工人員的專業技術不足，對攝像機與鏡頭搭配不合理，也會影響攝像機性能。特別是安裝在惡劣環境下使用，很容易受到潮氣、振動、熱脹冷縮等環境因素的影響，在使用一段時間后就很可能會出現攝像機聚焦點偏移、背焦（后焦）失焦、圖像模糊等問題。一旦出現問題，用戶（或工程商）通常只有派技術人員到現場進行處理，如果監控前端設備分布較遠，監控維護成本會大大提高；而少數廠商也在攝像機中加入電子后焦調整機構，但這無疑也增加了攝像機的成本。這些都只能是暫時的解決辦法而決非長遠解決之道。
與傳統槍型攝像機相比，集成變焦鏡頭的一體化攝像機集成度高，體積小巧、美觀，安裝非常簡單。同時，高清網絡一體機可以通過網絡實現變倍、聚焦和光圈控制，后期基本可以做到免維護。此外，高清網絡一體化攝像機清晰度更高、監控范圍更廣，不需要另外選配高清鏡頭，綜合性價比高。一體化攝像機優勢是顯而易見的，它以體積小巧、自動聚焦、穩定性好、在安裝和控制方面所具有的優勢，被越來越多的用戶所接受。目前市場上高清一體化網絡攝像機（和機芯）還不是很多，技術大多為國外廠商所壟斷。隨著精密集成電子技術的發展和國內高清安防市場的成熟，以艾普視達為代表的國內IP高清*們正迎頭趕上，推出一系列高性價比的一體機產品和解決方案，不但具有一體機遠程變焦和自動聚焦便捷的控制性能，又具備槍機的價格優勢。隨著后續技術的完善和產量的提升，一體化攝像機再也不是昂貴的代名詞。高清一體機產品的價格將會越來越低，一體機的普及將銳不可當。我們深信，IP高清的未來必將是一體機的天下。
高清未來永無止境
視頻監控正朝著“高清化、數字化、智能化”方向發展。經過數字視頻*們的努力，從標清到高清，基本解決了視頻監控圖像清晰度的問題，讓看到的圖像更清晰，記錄下來的圖像更有價值。視頻監控的圖像像素從720P的百萬像素發展到1080P的210萬像素，再到現在的320萬像素和500萬像素；圖像畫質也在不斷提升，從400線到700線再到現在的超過1000TVL。數字化、IP化以后，安防監控系統更智能更易用，一切變得皆有可能。看得更清，看得更遠，永遠是人們不懈的追求。高清的未來永無止境，未來的發展仍然由市場需求來決定。
（本文由：四川艾普視達數碼科技有限公司市場部 范清華 原創發布，轉載請注明出處。本文已發表至《安全自動化》2011.11月第154期）
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