低照度+宽动态 助 IPC 看得清看得宽

2015-07-14 13:49:08 来源:安防知识网
技术/方案频道文章B

[摘要] 光线,无论对于拍照摄影还是监控摄像而言,都是成像关键的标配之一。而在实际的应用中,光线太弱或者过强都极易造成成像的清晰度差、曝光过度、相片发白或者发黑等问题。因此,在拍摄过程中,能够正确且适度的支配光线的强弱技术,成为成像好坏的关键。

  光线,无论对于拍照摄影还是监控摄像而言,都是成像关键的标配之一。而在实际的应用中,光线太弱或者过强都极易造成成像的清晰度差、曝光过度、相片发白或者发黑等问题。因此,在拍摄过程中,能够正确且适度的支配光线的强弱技术,成为成像好坏的关键。

  ■ 文 /焦盛元

  随着网络摄像机的广泛应用,并逐步得到用户的认可,摄像机网络化已经成为监控行业的大势所趋。而根据用户的需求不断向功能性产品的转变,摄像机的功能性技术开发逐步成为各大厂商竞相追逐的关键,而其中逐渐成为摄像机标配的两大技术:低照度和超宽动态,能适度地解决光线对摄像机的困扰和局限问题,并支持摄像机在低于或高于正常视觉响应的光照情况下正常工作,逐步实现更多环境条件下的高质量成像。

  低照度 :照亮黑暗的光

  视频监控作为城市的“天眼”,能时刻监视一切行动,然而仍然存在着死角和软肋,导致监控功能大打折扣,其中黑夜作为众多软肋之一,不断挑战着监控摄像的技术底线。

  对于安防领域,夜晚和昏暗的环境里极易发生违法犯罪行为,有统计表明,90%以上治安案件都发生在夜间,所以夜间的监控要比白天的监控更为重要。但是,在夜晚环境中,光线太弱,易导致视频监控也成了“瞎子”,变得无法看清和分辨景物的细节信息,包括详细形状、明暗层次和色彩。为了解决夜晚光线不足的监控问题,低照度技术由此产生。

  低照度的定义

  最低照度是人们评价摄像机对光照灵敏度的一个指标。照度指单位面积上接收到的可见光的光通量,通常以Lux为单位。海康威视技术支持部产品经理程玮介绍,“根据摄像机的不同照度值,可以对它们进行分类。以摄像机正常工作照度范围划分:普通型最低照度值在0.1~1 Lux,月光型在0.01 Lux左右,而星光型就需要达到0.001 Lux以下了。在同样的光照条件下,与普通照度的摄像机相比,星光级超低照度摄像机可以呈现更加明亮的图像”。

  低照度摄像机

  顾名思义,超低照度摄像机是指在较低光照度条件下仍然可以取得清晰图像的摄像机。在安防行业中,一般认为,照度指标低于0.1Lux(F1.2,AGC ON,30IRE)的摄像机,即可称为低照度摄像机。广东迅通科技股份有限公司文案策划专员王小曼表示,“最低照度其实也就是摄像机对亮度灵敏程度的一个指标,其数值越小,说明摄像机灵敏度越高,性能越好”。随着科技的发展与革新,低照度摄像机技术也在不断地进步。到目前为止,低照度摄像机已经过三种技术的发展:电子日夜型摄像机、慢快门摄像机、专业超低照度摄像机(一般是ICR机械彩转黑类型)。

  日夜转换型摄像机,又叫电子彩转黑摄像机,是目前夜间的主流,兼具经济性与实用性特点,因而受到推广,成为一枝独秀。它是利用电子线路切换将彩色图像转换为黑白,以提升低照度状态下的感光效果。但是缺点是只能提供黑白图像,使用太局限。

  而慢快门型是通过降低视频帧率来提高图像亮度,对于运动物体的监控有拖尾现象,所以一般不常用。

  专业超低照度摄像机,主要是提升摄像机图像传感器的感光度,通过使用高性能的传感器、结合DSP的图像效果处理,来提升摄像机在微弱光线下的成像质量,实现在极低照度下的清晰彩色图像。未来随着传感器性能的不断提高,专业超低照度摄像机的市场非常可观。

  低照度监控摄像机的优势

  与低照度摄像机相较,红外与激光摄像机有着很多的优势,首先他们可以在外界无需任何辅助光源的情况下即可得到较清晰的图像,且价格低廉。但红外与激光摄像机目前仍存在一些缺陷,如色彩为黑白、能耗大、散热不佳、红外摄像机照射距离有限、照射范围不广等等。

  低照度摄像机胜在稳定性强,具体表现在不易发热、稳定耐久、对电源的要求不高,因此对电路的元器件依赖小,避免了红外灯发热、元器件老化所带来的不稳定的情况。且近年来随着半导体技术发展,低照度摄像机逐渐成为热门产品。

  低照度摄像机的应用领域

  低照度摄像机因其在黑夜里得到的画面可以媲美普通摄像机在白天里监控的彩色画面,这使得超低照度在安防监控领域占得一席之地,光源少、不能或不宜补光的环境成为低照度摄像机的用武之地,具体应用在平安城市、智能交通、能源安防、医疗安防等领域。广东迅通王小曼认为:“当下,低照度摄像机的应用已经不局限于一些较为传统的监控领域,如森林、医院等光照不理想的环境。伴随着平安城市的建设,低照度摄像机也广泛应用在金融、文博、酒店、写字楼、住宅小区、平安村居、校园、港口、高速公路、街道等需要满足24小时连续监控的场所”。

  杭州海康威视数字技术股份有限公司技术支持部产品经理程玮补充到,“目前低照度摄像机广泛应用于平安城市、平安乡镇、交通、金融、高档楼宇、住宅小区、校园、港口、高速公路、街道等对摄像机性能要求比较高但又不宜外加补光设备的环境下”。

  此外,福建星网锐捷安防科技研发部人员陈爱民介绍,“除了平安城市建设领域,低照度摄像机也在大中小学校园、各种类型的智慧园区中得以广泛使用,在安全保障和日常业务管理中发挥重要作用”。

  超宽动态:还原真实的眼睛

  宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。当在强光源(日光、灯具或反光等)照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时,一般的摄像机由于CCD的感光特性所限制,摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色,而黑暗区域因曝光不足成为黑色,严重影响图像质量。而摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的,这种局限就是通常所讲的“动态范围”。针对这种情况,宽动态技术应运而生,较好地解决了这一问题。

  宽动态的概念

  广义上的“动态范围”是指某一变化的事物可能改变的跨度,即其变化值的最低端极点到最高端极点之间的区域,此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。在谈及摄像机产品的拍摄图像指标时,一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力,具体指亮度(反差)及色温(反差)的变化范围。

  福建星网锐捷安防科技研发部人员吕俊杰介绍:“动态范围是指摄像机支持的最大输出信号和最小输出信号的比值,或者说图像最亮部分与最暗部分的灰度比值。普通摄像机的动态范围一般在1:1000(60db)左右,而宽动态摄像机的动态范围能达到1:1800-1:5600(65-75db)。”

  宽动态摄像机技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。在一些明暗反差过大的场合,一般的摄像机由于光学成像特性所限制,摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。海康威视程玮介绍,“目前市面上主要有三种类型宽动态产品,数字宽动态、120dB宽动态和140dB宽动态”。天地伟业张征介绍,“宽动态技术实现上主要分为如下两种:CCD+DSP技术和CMOS+DPS技术”。而目前通用监控网络摄像机大多采用CMOS+DPS宽动态技术。

  宽动态的缺陷

  宽动态的出现,弥补了低照度、滤光镜、调焦、背光补偿等技术的缺陷,有助于在极端照明环境下解决图像细节丢失的问题,呈现出更好的成像效果,但也存在着一定的不足。

  不足表现在多方面:第一,算法宽动态实现简单,但效果欠缺;第二,硬件宽动态由于需要进行多次曝光,在照射移动目标时,曝光时间过长的话会造成拖影,或者物体边缘紫边、画面饱和度变化等问题;第三,动态范围和灵敏度是两个矛盾因素,通常动态范围大的摄像机其灵敏度较低,而高灵敏度的摄像机动态范围相对较低。同时,物体截面光的折射也会使宽动态摄像机的动态效果不是十分满意。另外现在很多宽动态功能范围相差很大,低的有52db、54db,高的有 75db、123db,没有一个统一的定义和标准来规范动态范围的测量。

  宽动态摄像机应用领域

  目前宽动态摄像机被广泛应用在各个领域,如金融、高速公路收费系统、停车场出入口等领域,海康威视程玮说到:“宽动态已经成为监控摄像机越来越重要的一项功能,适用范围除了传统的逆光出入口、窗口等,在平安城市等道路夜晚看车牌的场景下用来抑制车灯也成为近年来的一种趋势”。另外,高品质宽动态摄像机不仅可以帮助警方破获犯罪案件,同时可以为发生的纠纷提供佐证。随着多帧合一的宽动态处理成为技术发展趋势,宽动态效果更加平滑、通透,动态范围更广,未来宽动态摄像机的应用领域也会越来越广。

  低照度& 宽动态 是IPC标配功能

  海康威视程玮认为,“几乎所有的监控摄像机都具备了宽动态功能,这似乎已经成为不成文的规定。增加宽动态有助于在极端照明环境下解决丢失的图像细节,例如室内、室外光线变化大,导致部分主要图像丢失。

  低照度和宽动态技术解决了光线对摄像机影响的问题,为摄像机在应对各类特殊环境没了后顾之忧,不仅成为衡量一款摄像机性能的重要指标,成为各IPC厂商的共识。另一方面,随着平安城市、智能交通项目的不断推进,低照度宽动态摄像机正广泛用于道路监控、城市商业街监控等领域,因此销量量不断的刷新,呈现突飞猛进的增长趋势,逐渐占据视频监控的主流市场。

  视频高清化时代,从模拟到高清,从红外补光到低照度、宽动态,技术的每一次创新都为视频监控的发展往前推了一大步。随着图片传感器在制作上和功能上的不断精确和完善,低照度和宽动态技术将会在全面应用于网络摄像机,为各种特殊项目排忧解难。未来,低照度宽动态技术的发展潜力无限。

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[责任编辑:焦盛元]

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还在为夜晚昏暗的图像或是红外下黑白的图像而愁眉不展吗?还在为摄像机对着门窗看不清前景而烦恼吗?还在为日出日落时场景都变成剪影而无奈吗?低照度的出现,点亮了黑夜;宽动态的出现,战胜了逆光,不断扩大监控摄像机的使用场景和应用领域,真正实现网络摄像机“看得见”、“看得清”。

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