架構(gòu)星光技術(shù)的像機(jī)成為行業(yè)新寵

□文/龔文君

顯而易見(jiàn)，監(jiān)控的核心時(shí)間點(diǎn)是在夜間，夜間正是突發(fā)事故和危險(xiǎn)的高峰期。傳統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用紅外或者白光補(bǔ)光的方式解決夜間監(jiān)控問(wèn)題，雖取得一定成效，但都因各自技術(shù)的缺陷而不能從根本上解決問(wèn)題。如紅外補(bǔ)光丟失了色彩和細(xì)節(jié)信息，而白光補(bǔ)光只能實(shí)現(xiàn)局部補(bǔ)光以及隨之帶來(lái)的光污染問(wèn)題。人們急需一種能在夜間保障其人身財(cái)產(chǎn)安全的監(jiān)控技術(shù)，就此星光攝像機(jī)應(yīng)運(yùn)而生并很快成為主流，在近幾年的安防市場(chǎng)中備受青睞。

什么是星光攝像機(jī)

星光攝像機(jī)其實(shí)就是微光攝像機(jī)的一種，是指在星光環(huán)境下，無(wú)需任何外置的輔助光源，也可以呈現(xiàn)出清晰的彩色圖像。一般以低照度的照度值來(lái)判定其是否為星光級(jí)攝像機(jī)，照度值是指?jìng)鞲衅鲉挝幻娣e上接收到可見(jiàn)光的光通量，通常以Lux（勒克斯）為單位，在安防行業(yè)中，通常用“最低照度”值來(lái)衡量攝像機(jī)的感光度和靈敏度，雖然沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的行業(yè)規(guī)定，但各個(gè)廠家約定俗成最低照度低于彩色：0.002Lux@F1.2，黑白：0.0002Lux@F1.2的攝像機(jī)稱為星光攝像機(jī)。當(dāng)然，參數(shù)只是一方面，最終的效果才是根本，而星光攝像機(jī)不管是在夜間圖像的清晰度上，還是色彩信息的還原上，相對(duì)傳統(tǒng)攝像機(jī)都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

星光攝像機(jī)的技術(shù)原理和技術(shù)難點(diǎn)

星光攝像機(jī)的效果主要是由鏡頭、圖像傳感器、后端圖像處理技術(shù)三大技術(shù)決定，要想取得理想的星光低照度監(jiān)控效果，需要對(duì)著三項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行不斷提升。對(duì)于鏡頭來(lái)說(shuō)，提升星光效果最有效的方式就是提升進(jìn)光量，而有效提升進(jìn)光量的方式就是采用大光圈鏡頭，故一款效果優(yōu)異的星光攝像機(jī)必定采用大光圈鏡頭；當(dāng)然，我們不可能無(wú)限制的提升光圈值，大光圈也有一定的問(wèn)題，主要是會(huì)導(dǎo)致景深變小和強(qiáng)光過(guò)曝兩個(gè)問(wèn)題，景深小就會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控畫(huà)面遠(yuǎn)處和近處場(chǎng)景虛焦看不清，強(qiáng)光過(guò)曝就會(huì)導(dǎo)致如監(jiān)控中有車(chē)燈照射就會(huì)畫(huà)面一片白，而這時(shí)候就需要各個(gè)廠家通過(guò)自己的圖像算法來(lái)優(yōu)化。而且大光圈還會(huì)帶來(lái)攝像機(jī)成本的增加，越是大光圈的鏡頭，成本也是幾何倍的增加，這對(duì)于幾百元一個(gè)的攝像機(jī)來(lái)說(shuō)還是難以承受，還有就是現(xiàn)有技術(shù)還只能實(shí)現(xiàn)F1.0量級(jí)的大光圈，存在一定的技術(shù)壁壘需要突破。

對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)，提升星光效果最有效的方式就是加大靶面（傳感器的尺寸）。相同分辨率的攝像機(jī)，圖像傳感器靶面面積越大，則其單位像素的感光面積就增加了，從而變相增加了單位面積的進(jìn)光量。和大光圈一樣，大靶面的傳感器也會(huì)帶來(lái)成本明顯的提升，不僅是傳感器本身成本的增加，相應(yīng)配套的鏡頭的成本也會(huì)大大增加，這就限制了大靶面的普及和銷(xiāo)售。其次是傳感器工藝的變更，比如背照傳感器技術(shù)。傳統(tǒng)的CMOS傳感器每個(gè)像素點(diǎn)都要搭配一個(gè)對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器以及對(duì)應(yīng)的放大電路，而這部分電路會(huì)占用更多的像素面積，直接導(dǎo)致光電二極管實(shí)際感光的面積變小，感光能力變?nèi)?。背照傳感器技術(shù)通過(guò)改善傳統(tǒng)CMOS感光元件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，讓感光層的元件調(diào)轉(zhuǎn)方向，光能從背面直射進(jìn)去，避免了在傳統(tǒng)傳感器結(jié)構(gòu)中，光線會(huì)受到微透鏡和光電二極管之間的電路和晶體管的影響，從而顯著提高光的效能，大大改善低光照條件下的拍攝效果。

最后是優(yōu)異的圖像處理技術(shù)，比如前面提及的聚焦和智能曝光算法；比如相比于傳統(tǒng)的2D降噪技術(shù)(幀內(nèi)降噪)，采用3D降噪技術(shù)（幀間降噪）就可以使圖像噪點(diǎn)明顯減少，圖像會(huì)更加清晰透徹，從而顯示出比較純凈細(xì)膩的畫(huà)面；比如自動(dòng)增益，能夠?qū)⒌驼斩认聢D像的亮度維持在相對(duì)理想狀況，合理控制噪聲的大小。

架構(gòu)星光技術(shù)的攝像機(jī)的誤區(qū)

首先星光攝像機(jī)只是一個(gè)形容詞，并不是說(shuō)星光攝像機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在星光下就可以看清并呈現(xiàn)彩色，目前星光攝像機(jī)最適合的應(yīng)用場(chǎng)景是城市戶外夜晚（有點(diǎn)路燈），酒店走廊（昏暗，但是有一點(diǎn)光線），地下停車(chē)場(chǎng)（也是光線暗）等，千萬(wàn)不要把星光攝像機(jī)用到郊外農(nóng)村無(wú)光或極弱光下，否則不能充分發(fā)乎星光攝像機(jī)的價(jià)值（不能實(shí)現(xiàn)彩色畫(huà)面的監(jiān)控）。但相比通用攝像機(jī)，監(jiān)控黑白效果還是會(huì)有明顯提升，如果在郊外農(nóng)村使用星光攝像機(jī)，如果要保證彩色圖像，建議另外增加一個(gè)白光燈作為微弱補(bǔ)光。

其次，星光攝像機(jī)畫(huà)面越亮越好的說(shuō)法也是錯(cuò)誤的，很多偽星光攝像機(jī)就是采用延長(zhǎng)曝光時(shí)間來(lái)保證圖像亮度（很多廠家的宣傳廣告畫(huà)面就是采用類(lèi)似方式），這種方式只能保證在靜止監(jiān)控畫(huà)面下的圖像效果，一旦運(yùn)用在有移動(dòng)物體的場(chǎng)景下，特別是快速移動(dòng)的物體，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的拖影，根本沒(méi)有實(shí)際使用價(jià)值。還有類(lèi)似加大數(shù)字增益也是相同的原理，在放大亮度信號(hào)的同時(shí)也放大了噪點(diǎn)信號(hào)，由此會(huì)產(chǎn)生大量的噪點(diǎn)。

第三，星光攝像機(jī)像素越高效果越好，隨著星光越來(lái)越火熱，各個(gè)廠家不斷吹噓高像素星光攝像機(jī)，但實(shí)際上很多高像素星光攝像機(jī)夜間彩色效果還不如低像素星光攝像機(jī)，原因就是前面原理中講到的相同傳感器尺寸下像素點(diǎn)越少，單位像素感光面積越大。故而低噪效果更好，所以要保證高像素星光攝像機(jī)的效果，就需要加大傳感器尺寸來(lái)保證星光效果，由此也會(huì)帶來(lái)成本的急劇提升。

星光攝像機(jī)漸成市場(chǎng)新寵

星光攝像機(jī)在安防行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有比較主流的發(fā)展方向是不斷提升優(yōu)化自身的星光效果并加載人工智能。

關(guān)于優(yōu)化自身的星光效果，現(xiàn)在業(yè)內(nèi)主流有三種方式：增加補(bǔ)光成為一體化設(shè)備；采用高像素大靶面?zhèn)鞲衅鞯?K星光；采用雙傳感器技術(shù)的極光攝像機(jī)。增加補(bǔ)光設(shè)備應(yīng)該是現(xiàn)在業(yè)內(nèi)最常用的一種方式，如前文所說(shuō)，在微光或者無(wú)光環(huán)境下，星光級(jí)攝像機(jī)結(jié)合星光級(jí)鏡頭、白光燈補(bǔ)光，可以很好的解決星光效果不佳的問(wèn)題，同時(shí)也解決了大功率白光燈的光污染和周?chē)a(bǔ)光效果差的劣勢(shì)，因此實(shí)現(xiàn)在一些惡劣場(chǎng)景下有效監(jiān)控。4K星光就是4K高清技術(shù)結(jié)合星光技術(shù)，4K高清擁有800萬(wàn)像素超高分辨率，清晰度是傳統(tǒng)200萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)的四倍，在加上星光級(jí)的低噪效果，很好的解決了夜間監(jiān)控的現(xiàn)實(shí)難題?，F(xiàn)在主流的4K星光攝像機(jī)都是采用4/3英寸大靶面的傳感器，相較于現(xiàn)在業(yè)內(nèi)主流的200萬(wàn)1/1.8英寸的傳感器，不僅提高了分辨率，而且在低噪效果上也提升了不少。極光攝像機(jī)采用一個(gè)鏡頭兩個(gè)傳感器的方式，采用分光棱鏡將同一畫(huà)面投射到兩個(gè)傳感器上，其中一個(gè)傳感器采集色彩信息，一個(gè)傳感器采集亮度信息，然后把兩個(gè)傳感器的信息通過(guò)軟件算法進(jìn)行一一疊加，從而提升低照度效果，并在此技術(shù)上結(jié)合紅外補(bǔ)光，較好的解決了星光效果的優(yōu)化和紅外補(bǔ)光丟失色彩信息的缺點(diǎn)。當(dāng)然，此三種現(xiàn)在都還受限于成本和技術(shù)的不成熟而還未大規(guī)模運(yùn)用。

至于加載人工智能其實(shí)也已發(fā)展了很久，現(xiàn)在比較成熟運(yùn)用的有道路監(jiān)控車(chē)牌抓拍，一般情況下汽車(chē)的號(hào)牌在紅外燈照射的情況下會(huì)反光，導(dǎo)致車(chē)牌處過(guò)曝，根本就看不清車(chē)牌，傳統(tǒng)的方式是采用白光補(bǔ)光來(lái)解決，而刺眼的白光不僅帶來(lái)光污染，還帶來(lái)安全隱患，星光技術(shù)就很好的解決了此問(wèn)題。再比如人臉識(shí)別運(yùn)用+星光技術(shù)也是很好的解決了夜間不能抓人臉的技術(shù)難題。當(dāng)然，人工智能更大的優(yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，故在星光級(jí)照度攝像機(jī)上植入人工智能算法將會(huì)給用戶帶來(lái)更多的實(shí)用價(jià)值。如通過(guò)智能算法，星光級(jí)攝像機(jī)可將檢測(cè)視野范圍內(nèi)的所有運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)人車(chē)物進(jìn)行分類(lèi)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，輸出人的性別，年齡，衣服顏色等，車(chē)的車(chē)型，車(chē)標(biāo)，車(chē)身顏色等豐富的結(jié)構(gòu)化語(yǔ)義信息，尤其在凌晨、黃昏光線不太理想的時(shí)段效果明顯提升，故星光攝像機(jī)結(jié)合人工智能會(huì)在如今海量監(jiān)控視頻的大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)揮出無(wú)法估量的作用。

其實(shí)還有一個(gè)永恒不變的方向就是不斷降低星光攝像機(jī)的成本，畢竟星光級(jí)攝像機(jī)能否被市場(chǎng)廣泛接受，能在市場(chǎng)中賣(mài)多少、占有多少市場(chǎng)份額、能走多遠(yuǎn)、走多塊很大程度上都跟其成本息息相關(guān)。對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)，能花更少的錢(qián)獲得更好的效果，何樂(lè)而不為呢?

總而言之，星光技術(shù)的發(fā)展就是為了實(shí)現(xiàn)在夜間還能清晰還原低照環(huán)境下的圖像細(xì)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)保證一天24小時(shí)的彩色監(jiān)控效果。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)各大廠商都在不同的方向上進(jìn)行著不懈努力，至于星光攝像機(jī)未來(lái)到底如何，讓我們拭目以待。