星光技術(shù)革命點亮黑暗視界

□ 文 /本刊記者 羅超

視頻監(jiān)控行業(yè)依賴于圖像而存在，而安全防范必須全天候的嚴(yán)陣以待，為用戶安全護(hù)航，故此自從行業(yè)誕生以來，如何保障24小時監(jiān)控所需，星光級技術(shù)應(yīng)運而生，徹底點亮黑暗視界下的一切。

視頻監(jiān)控行業(yè)依賴于圖像而存在，而安全防范必須全天候的嚴(yán)陣以待，為用戶安全護(hù)航，故此自從行業(yè)誕生以來，如何保障24小時監(jiān)控所需，星光級技術(shù)應(yīng)運而生，徹底點亮黑暗視界下的一切。

全天候監(jiān)控技術(shù)發(fā)展歷程

為了滿足全天候監(jiān)控的需求，早在2001—2003年我國監(jiān)控生產(chǎn)廠家就開始探索紅外攝像機技術(shù)。從早期的攝像機加紅外燈板的模組到攝像機和紅外燈的一體化設(shè)計，從LED紅外燈手控模式到光敏電阻自動控制，再到攝像機雙濾光片的引入應(yīng)用；從最基本的視頻監(jiān)控要求到防水防暴、強光抑制、人臉識別、隱私遮蔽等各式各樣功能需求的紅外攝像機出現(xiàn)，無不見證著我國紅外攝像機技術(shù)和市場的長足發(fā)展。2004年以后，以深圳為代表的一批監(jiān)控企業(yè)在紅外燈方面技術(shù)不斷突破，陣列式紅外廣泛應(yīng)用。那時起越來越多的國內(nèi)監(jiān)控生產(chǎn)廠家涌入該領(lǐng)域，紅外攝像機市場逐步形成了供大于求的局面，廠家間的競爭也愈發(fā)白熱化。身處安防行業(yè)群雄逐鹿的時代，紅外攝像機產(chǎn)品也和其他安防產(chǎn)品一樣，有著同樣的時代印記。

傳統(tǒng)的紅外補光技術(shù)雖然能在低照度下獲得清晰的成像，但會失去色彩,只能形成黑白圖像，而且通過紅外補光，車牌這類高反光的物體很容易過曝，而衣著顏色、車身顏色、車牌等又往往都是破案的關(guān)鍵線索，丟失不得，所以寬動態(tài)技術(shù)出現(xiàn)。寬動態(tài)技術(shù)是當(dāng)強光源（日光、燈具或反光等）照射下，高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對亮度較低的區(qū)域在圖像中同時存在時，利用技術(shù)原理將明暗光線統(tǒng)一，還原圖像本質(zhì)畫面。松下從1977年在全球推出了第一代寬動態(tài)CCD攝像機，但市場應(yīng)用極少，直到2006年推出的第三代超級動態(tài)CCD攝像機才一鳴驚人，或許是市場需求的原因，又或者寬動態(tài)技術(shù)達(dá)到成熟階段。從2006年起，索尼、JVC、三星等也相繼推出了自已的寬動態(tài)CCD攝像機。國內(nèi)那些以陣列式紅外技術(shù)笑傲市場的企業(yè)也開始紛紛效仿和采用寬動態(tài)技術(shù)。

寬動態(tài)和星光級技術(shù)有著天然關(guān)聯(lián)，絕大多數(shù)的廠家在技術(shù)設(shè)定時把兩者捆綁。比如2017新銳產(chǎn)品中的大華大華股份800萬全景多目星光級半球網(wǎng)絡(luò)攝像機，在寬動態(tài)方面，產(chǎn)品支持寬動態(tài)范圍達(dá)120dB，適合逆光環(huán)境監(jiān)控。對于全景多目攝像機來說，由于不同鏡頭所接受的場景照度不同，對明暗明顯的場合，將考驗該機的多畫面色彩飽和度協(xié)調(diào)能力。彩色模式下，將攝像機同時監(jiān)拍室內(nèi)外，發(fā)現(xiàn)四幅圖像的銜接過渡還是比較勻和的，未見明顯色度差現(xiàn)象。此外，該機還支持3D數(shù)字降噪、自動增益、IR-CUT自動切換、Smart IR紅外補光功能，以適應(yīng)全天候監(jiān)控。為進(jìn)一步檢驗該機的夜視成像能力，測試員將全景攝像機置于暗室中，自動模式下，當(dāng)照度值低至IR-CUT觸發(fā)值時(彩轉(zhuǎn)黑：0.78Lux)，攝像機自動切換為黑白畫面，隨著照度的不斷下降，直至照度計的最低量程——0.01Lux時，畫面都是清晰可辨的。繼續(xù)降低照度至畫面出現(xiàn)噪聲時(約0.001Lux)手動開啟紅外燈(支持自動模式)，此時視野范圍內(nèi)畫面均清晰可辨，且180°視角范圍內(nèi)1—6米景深補光均勻、無過曝。

星光級技術(shù)是隨著2014年安訊士 “覓光者”技術(shù)的提出，而被行業(yè)知曉。從2014年起星光級低照成像技術(shù)開始發(fā)展，并逐步成熟，越來越多的公司都推出了各種款型的高清星光級攝像機。而國內(nèi)首個星光級攝像機由天地偉業(yè)2015年推出，產(chǎn)品的色彩還原、細(xì)節(jié)顯示、微光表現(xiàn)力各項指標(biāo)都很出眾。

星光革命，由此開始。

影響星光級技術(shù)的五大關(guān)鍵因素

在去年記者做過一期星光級攝像機的產(chǎn)品專題，而此次的專題更多關(guān)注于技術(shù)，當(dāng)然，該項技術(shù)都是應(yīng)用在攝像機產(chǎn)品之中，也無法完全脫離產(chǎn)品談技術(shù)。

什么是星光級技術(shù)？是指在微光情況下、通常指星光環(huán)境下無任何輔助光源，可以顯示清晰的彩色圖像，在夜間夠彩色成像能夠極大的提高監(jiān)控效果的一種光學(xué)技術(shù)。同時，星光級技術(shù)具有超靈敏度圖像傳感器和獨有的電子倍增和噪點控制技術(shù)能夠極大地提高攝像機的靈敏度，并且具備24小時全彩色實時效果，有效避免了普通低照度攝像機拖尾的現(xiàn)象，更好的滿足了對夜間高品質(zhì)監(jiān)控的需求，且功耗小、圖像效果真實、不偏色。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的定義，當(dāng)照度范圍達(dá)到并超過了0.0001Lux的時候，便達(dá)到了星光級的超低照度又稱為超星光。

或許行業(yè)會有人推出一些不同的概念性產(chǎn)品，比如幽光級技術(shù)。該技術(shù)指在微弱光或者完全黑暗的情況下可以清楚顯示圖像的超級監(jiān)控產(chǎn)品。由于成本高，目前只應(yīng)用在高端產(chǎn)品上。類似于幽光級技術(shù)的還有?？?017年推出的黑光監(jiān)控技術(shù)，宣傳語是締造黑夜全彩時代。記者在2017金鼎獎評測中就有過接觸，該攝像機產(chǎn)品有兩個技術(shù)關(guān)鍵點。其一，采用雙Sensor架構(gòu)，基于人眼仿生學(xué)原理，顛覆傳統(tǒng)成像理念，優(yōu)化對畫面色彩和亮度的處理能力；其二，SpecEX雙光融合，海康的技術(shù)人員在當(dāng)時告訴記者，這雙光融合能有效提升夜間低照度環(huán)境的監(jiān)控效果，實現(xiàn)出色的彩色圖像視覺體驗。

不論是幽光級技術(shù)還是黑光監(jiān)控技術(shù)，其實都寬泛屬于星光級技術(shù)，其原理都如定義所表述，都是在還原暗光源的彩色畫面。不過，從?？档漠a(chǎn)品之中，我們也能找出影響星光級技術(shù)的幾個因素。

圖像傳感器

攝像機產(chǎn)品要實現(xiàn)低照度技術(shù)，首先是傳感器的選擇。眾所周知，同樣尺寸的圖像傳感器，像素越高，分配到每個像素的感光面積就小，低照效果就越差；拿200萬像素的高清攝像機來說，如果使用與30萬像素模擬攝像機同樣大小的傳感器，那平均每一個像素的感光面積只有模擬攝像機的1/8，其高清畫質(zhì)在夜間反而會更加慘不忍睹。所以，星光級低照度攝像機，一般會采用靶面尺寸較大的成像傳感器：相同像素的攝像機，靶面尺寸越大，每個像素吸收到環(huán)境中的光線就會越多；單位面積的進(jìn)光量，是體現(xiàn)傳感器低照度性能的決定因素。

現(xiàn)在的星光級產(chǎn)品大多使用CMOS，其工藝的不斷進(jìn)步，靈敏度的大幅提高，低照度和高清晰度低成本的優(yōu)異表現(xiàn)使得CCD圖像傳感器的市場份額不斷被壓縮，并逐步淡出安防監(jiān)控市場。可以說在高清和星光級雙技術(shù)驅(qū)動下，行業(yè)徹底反轉(zhuǎn)了CCD的市場份額，基本都以COMS馬首是瞻。當(dāng)然，行業(yè)在星光級技術(shù)方面依然在不斷探索，龍頭近期海康推出了GMOS神捕系列抓拍相機。該相機就是為了摒除夜間交通監(jiān)控中的smear現(xiàn)象。廠家溝通中告訴記者，由于CCD的讀取信號方式，成像點進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化之后，需要外圍電路控制電荷移動，電荷/電壓轉(zhuǎn)化，信號放大，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，這就容易造成當(dāng)CCD中的一個點的感光過曝，電荷溢出時，因為CCD傳感器的特殊結(jié)構(gòu)（CCD的電荷在信息讀取是需要以行的方式移動），導(dǎo)致電荷向上下流動，導(dǎo)致上下出現(xiàn)亮條。而海康威視以GMOS作為該機傳感器，其單個成像點就已經(jīng)完成了從光到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，從芯片上游層就剔除smear現(xiàn)象的出現(xiàn)，是星光級技術(shù)的一大突破。要知道夜間交通監(jiān)控關(guān)乎生命，不能出任何馬虎。

低照度增強算法

使用相同的處理芯片，也不一定就能取得同樣的降噪、增益效果。以降噪為例，降噪處理不當(dāng)，會造成圖像嚴(yán)重的霧感、拖影、細(xì)節(jié)損失等現(xiàn)象。而對于伽馬數(shù)值設(shè)置，過高會使畫面的對比度增強、畫面變暗、畫質(zhì)通透，但會丟失細(xì)節(jié)；數(shù)值設(shè)置過低，又會使圖像變亮、細(xì)節(jié)增加，但是畫質(zhì)通透度變差。所以即使基于相同的硬件平臺，產(chǎn)品的最終效果也各有不同，這其中就體現(xiàn)了不同廠家的研發(fā)實力。

天地偉業(yè)是行業(yè)星光級攝像機的開創(chuàng)者和領(lǐng)先者，為了持續(xù)保持產(chǎn)品創(chuàng)新，他們新銳產(chǎn)品搭載“超星光TVP超視覺”技術(shù)，同時輔以中白光、激光（可視激光、紅外激光）多光譜全天候補光系統(tǒng)，感光靈敏度更高，畫面信噪比更大，圖像效果更逼真、細(xì)膩、通透，同時選配熱成像功能，可以實現(xiàn)人物的熱紅外動態(tài)追蹤，精度高于視頻分析。此外還通過S+265編碼技術(shù)，在確保圖像畫質(zhì)的基礎(chǔ)上可極大節(jié)省傳輸帶寬和存儲容量。采訪得知，天地偉業(yè)超星光TVP的超視覺2.0技術(shù)，就是依賴低照度增強算法的改進(jìn)。

自動增益、數(shù)字降噪輔助性技術(shù)

低照度環(huán)境還會給圖像帶來噪聲，從而圖像的清晰度，這就需要有性能足夠強大的處理芯片，來搭載自動增益、數(shù)字降噪等關(guān)鍵技術(shù)。自動增益，能夠?qū)⒌驼斩认聢D像的亮度維持在理想狀況，控制噪聲的大?。粩?shù)字降噪技術(shù)，則能夠過濾噪聲，顯示較為純凈的畫面，看清更多的圖像細(xì)節(jié)。宇視的星光級1080P高清寬動態(tài)槍式網(wǎng)絡(luò)攝像機，噪聲抑制很出色，能夠時刻給用戶一個干凈的監(jiān)控畫面。當(dāng)評測中降低照度至2Lux時，稍有噪聲出現(xiàn)，但并不明顯，且雖經(jīng)自動增益處理，但色衰不明顯;降至1.8Lux時，噪聲才真正顯示出來，不過畫面整體細(xì)節(jié)保持良好;待照度為1.4Lux時，攝像機自動切換夜晚模式，切換后，畫面聚焦清晰，未出現(xiàn)虛焦跡象。該款攝像機星光級效果出眾，關(guān)鍵是數(shù)字降噪得當(dāng)。

濾光片

低照度監(jiān)控攝像機為得到更低的照度，除攝取可見光外，也需要攝取一些紅外光，而不同波長的紅外光都被攝取會對攝像機成像造成一定的影響，所以，攝像機產(chǎn)品要實現(xiàn)較好的低照度技術(shù)功能，需要采用可濾除不需要的紅外光而保留需要的紅外光的濾光片。一般都會選用雙濾光片，即白天采用不感應(yīng)紅外的濾光片以獲得清晰的圖像，夜間采用可感應(yīng)紅外的濾光片得到更低的照度。在轉(zhuǎn)換過程中會遇到一個臨界值問題，若光線恰好在設(shè)定的臨界值時會來回切換，不但對成像效果會有影響，也會因為不停的機械運動影響濾光片的壽命，所以有監(jiān)控企業(yè)在攝像機內(nèi)增加一個延遲電路，即當(dāng)達(dá)到臨界值時延遲一段時間再切換，若在這個時段內(nèi)，照度繼續(xù)降低，則切換，若保持不變或者升高，則不進(jìn)行切換。當(dāng)然，目前也有不少星光級攝像機不需要濾光片切換電路，全部都是彩色圖像。

大光圈鏡頭

鏡頭是攝像部件的重要組成部份，它在低照度技術(shù)應(yīng)用上的作用是為攝像機聚焦被攝目標(biāo)的光線，這里的低照度技術(shù)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，從而使攝像機獲得理想的低照度效果，來保障星光級技術(shù)性能。

總之，這五個因素影響星光級技術(shù)發(fā)展，但技術(shù)總歸是要產(chǎn)品化，因此作為擁有星光級技術(shù)的攝像機，未來發(fā)展值得關(guān)注。

星光級技術(shù)的未來趨向

星光級技術(shù)憑借其強大的夜間監(jiān)控效果，逐漸成為了安防技術(shù)領(lǐng)域的寵兒。未來，該技術(shù)如何更進(jìn)一步呢？

高分辨率與星光級技術(shù)的結(jié)合是大勢所趨

隨著像素的提高，彩色低照效果越差，這是由于攝像機對傳感器的尺寸有要求，在尺寸變化不大的情況下，像素點越多，單位像素的感光面積越小，從而低照效果越差。目前星光級攝像機以1080P分辨率為主，都是基于1/2”左右的傳感器，而市面上主流的300W攝像機都是基于1/3”的傳感器，自然很難在夜間獲得好的低照效果，而更高像素如4K攝像機，傳感器大小也不過在1/2”左右，低照效果自然也不佳。不過隨著4K超高清IPC的呼聲越來越高，應(yīng)用越來越多，高分辨率與星光級技術(shù)的結(jié)合必是大勢所趨，相信這會是星光級技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。

華為2017金鼎獎產(chǎn)品是4K超高清20倍星光級紅外智能網(wǎng)絡(luò)高速球機，主打星光級超低照度，采用頂級的4/3”超大靶面CMOS感光元器件及大尺寸20倍光學(xué)變焦鏡頭，充分采集超低照度條件下的細(xì)微環(huán)境光線，真正實現(xiàn)4K級別的彩色夜視。

與智能化齊頭并進(jìn)

現(xiàn)在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機已經(jīng)基本實現(xiàn)了智能化控制技術(shù)，至于在星光級攝像機植入智能分析、透霧等算法已經(jīng)成為安防監(jiān)控的一種趨勢，在星光級超低照度攝像機上植入智能算法將會給用戶帶來更多的實用價值。感知型、星光級超低照度攝像機可檢測視野范圍內(nèi)的所有運動物體，并對人車進(jìn)行分類，輸出顏色、方向、速度等豐富的語義信息，尤其在凌晨、黃昏光線不太理想的時段效果明顯提升，其在如今海量監(jiān)控視頻的大數(shù)據(jù)時代將發(fā)揮無法估量的作用。此外，從技術(shù)層面上講，設(shè)計專門的芯片來負(fù)責(zé)智能分析工作，并不會影響星光級低照度攝像機的成像效果，反而可以進(jìn)一步提升攝像機的適用范圍，實現(xiàn)對客戶的增值。

前面所談及的華為星光級球機在內(nèi)置人臉識別以及多種行為分析功能，智能功能豐富，擁有業(yè)界領(lǐng)先的三系統(tǒng)三配置設(shè)計，可廣泛應(yīng)用于要求星光級全天候超高清穩(wěn)定畫質(zhì)監(jiān)控同時又范圍較大、環(huán)境復(fù)雜多變的場所。

更低照度

目前安防行業(yè)通常將前端攝像機分為四個等級：普通級攝像機，一般照度值均大于0.1Lux；低照度攝像機，照度值范圍在0.1Lux至0.01Lux之間的攝像機；月光級攝像機，照度值范圍在0.01Lux至0.001Lux間；星光級的超低照度攝像機，最低照度值達(dá)到甚至低于0.0001Lux的時候。追求更低照度，無疑是業(yè)界普遍追求的目標(biāo)。但，當(dāng)目前的技術(shù)尚不能達(dá)到更低照度之時，能達(dá)到更好的成像效果也是低照度技術(shù)發(fā)展的一大進(jìn)步。

從趨勢來看，星光級技術(shù)還是緊隨行業(yè)高清化、智能化的步伐，當(dāng)然，自身更低照度的技術(shù)演進(jìn)是事物向前發(fā)展的規(guī)律所然?？梢?，安防行業(yè)的高清化和智能化并未過時，依舊是主流，就如同在《從2017金鼎、新銳看2018產(chǎn)品趨向》一文中所談及的，高清和智能是近五年不會褪色的行業(yè)主旋律，只是在當(dāng)下，變成了超高清視界（4K）和人工智能時代。

結(jié)束語

星光級技術(shù)，點亮了黑暗視界，這是一個技術(shù)性革命，其能走多遠(yuǎn)不得而知，但這五年，它會點亮安防的新未來。