數(shù)字化攝像頭模組在智慧安防領域的應用淺談

宋國輝

（深圳市泓嘉精密影像有限公司，廣東深圳 518000）

目前，從視頻到數(shù)據(jù)、從AI 到AIOT，全面構建數(shù)字化攝像頭視頻模組，建立城市各個領域中的數(shù)據(jù)平臺安防系統(tǒng)已經(jīng)成為大勢所趨。正是由于智慧安防領域中大量智能安防技術的出現(xiàn)才使得安防行業(yè)市場快速發(fā)展，全面推動了視頻監(jiān)控技術的信息化、智能化不斷升級。例如本文中將要探討的數(shù)字化攝像頭模組技術已經(jīng)不斷深入發(fā)展到智慧安防的各個領域中，應用于交通指揮中心、車站、博物館、展廳、商場、貨運碼頭等各個監(jiān)控場所中，并發(fā)揮了重要價值作用。

1 數(shù)字化攝像頭模組在智慧安防領域中的應用概述

數(shù)字化攝像頭模組主要負責智能視頻監(jiān)控，其組成部分包括了攝像頭、傳輸模塊、顯示模塊、控制模塊以及記錄登記模塊五大部分。主要通過控制主機將視頻信號分配到各種監(jiān)視器以及錄像設備中，進而實現(xiàn)對云臺行為的有效控制，建立特殊錄像處理技術模式。在這一套系統(tǒng)中，運用最多的就是云臺攝像頭，它是數(shù)字化攝像頭模組中的核心部件，是對傳統(tǒng)攝像頭的升級。它主要通過控制云臺底座自由轉動（可轉動范圍達到270°～360°）來做到基本全向監(jiān)控。就目前城市內(nèi)公共場合監(jiān)控與安防而言，數(shù)字化攝像頭模組所提供的全景監(jiān)控形態(tài)表現(xiàn)相當良好[1]。

就廣角云臺而言，其所適合的應用場景相當之多，而伴隨安防監(jiān)控事業(yè)的快速向前發(fā)展，業(yè)內(nèi)也逐漸提高了對于數(shù)字化攝像頭模組的清晰度、穩(wěn)定性、安全性、隱私性應用要求。在智能安防布局整體建設過程中，目前的數(shù)字化攝像頭模組在人臉抓拍、人臉識別對比、停車場車牌識別、車位檢測、車流量統(tǒng)計等方面表現(xiàn)出色。而在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進技術出現(xiàn)以后，數(shù)字化攝像頭模組也進一步擴大了自身在智慧安防領域中的應用范圍，在溫濕度探測、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控等領域大展身手，全面豐富了智慧安防領域的技術應用內(nèi)容。就以數(shù)字化云臺攝像頭模組設計為例，其云臺設計采用自動旋轉（旋轉角度更大可完全實現(xiàn)全景拍攝）設計，不但提高了畫質水平，也深度挖掘設計出了智能偵測等功能模塊，基本實現(xiàn)了AI+安防聯(lián)合操作技術要求，徹底解決了云臺智能化安防工作中一切問題。目前國內(nèi)某些機電企業(yè)就已經(jīng)深入開發(fā)研究了全新的數(shù)字化攝像頭模組，其在云臺轉速、承重、攝像頭掃描監(jiān)視范圍、云臺整體結構等方面都有改良，提出了針對性解決方案。就以云臺承重改良技術為例，某些機電公司已經(jīng)研究開發(fā)出了高速球型云臺攝像機，該攝像機在深入研究球型云臺大體積的同時，也滿足了其大力矩快速、大范圍轉動要求。在巧妙加入齒輪箱設計平臺后，球型云臺能夠通過齒輪結構進行快速變位，合理分配變位系數(shù)，優(yōu)化計算嚙合角度與滑移率、重合度，最終校核、改善云臺電機齒輪箱效率、噪聲以及精確度。

在數(shù)字化攝像頭模組前端攝像機的快速定位方面，則專門設計了快速跟蹤移動目標功能，這使得攝像頭模組在監(jiān)控全程都不會出現(xiàn)盲區(qū)，真正做到了快速跟蹤、快速響應。攝像頭云臺齒輪箱的解決方案則主要通過內(nèi)置高解細分步進電機配合攝像頭云臺齒輪箱來共同實現(xiàn)，其中更利用到了擁有1～4級多層級且可變換的傳動機構，它能調整齒輪箱輸入轉速以及力矩，同時調整數(shù)字化攝像頭模組中的云臺水平與垂直連續(xù)運行角度、速度等，基本能夠滿足攝像頭連續(xù)跟蹤監(jiān)控目標要求，再根據(jù)目標變化來調整旋轉角度的靈敏性，確保云臺能夠快速旋轉，捕捉畫面。就軟硬件方面而言，在數(shù)字化攝像頭模組中，大量軟硬件的應用也相當深入。例如在建立智能控制云臺，完善硬件基礎上，還引入了圖像處理技術、人工智能AI 技術、互聯(lián)網(wǎng)傳輸技術等，確保模組能夠智能捕獲各種跟蹤拍攝對象，實現(xiàn)對拍攝構圖的有效優(yōu)化，而硬件云臺也能與攝像設備實現(xiàn)互聯(lián)。與此同時，這一設計對于模組主動判斷、預警并智能防御突發(fā)事件也有一定好處[2]。

眾所周知，目前的智能安防領域中各種業(yè)務內(nèi)容逐漸豐富，特別是數(shù)字化攝像頭模組的加入真正實現(xiàn)了對于技術邊界的有效消融，同時擴展場景、靈活調配資源、真正建立了一個全生態(tài)的現(xiàn)代化智能安防體系。在新模組驅動下，智能安防行業(yè)實現(xiàn)了有機拓展，在未來“IoT+AI+”視頻監(jiān)控技術聯(lián)合應用下逐漸實現(xiàn)了對于智慧安防領域技術體系的有效下沉，在智能汽車自動駕駛、智慧醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等下游新興產(chǎn)業(yè)中也實現(xiàn)了有效應用，它已經(jīng)全面影響到了當前智慧安防市場的發(fā)展布局[3]。

2 數(shù)字化攝像頭模組的設計方案

2.1 外置ISP技術數(shù)字化攝像頭模組設計方案概述

文中所要介紹的是一種外置ISP 技術的數(shù)字化攝像頭模組，相比于市面上傳統(tǒng)的攝像頭模組來說，外置ISP 數(shù)字化攝像頭模組能夠完成圖像輸出任務，并在該基礎上根據(jù)不同環(huán)境對圖像進行針對性處理，改善用戶體驗。ISP 技術屬于一種攝像機專用技術，它參考人眼視覺要求來分析攝像機所拍攝到的數(shù)據(jù)并進行即時轉換與處理，其目的就是確保圖片或視頻更加適于人眼觀看。在ISP 數(shù)字化攝像頭模組中包含了多種功能模塊，且每一個功能模塊都會針對原始數(shù)據(jù)中所出現(xiàn)的問題進行相應調節(jié)分析。例如降噪模塊能夠減少噪聲干擾，顏色調節(jié)模塊則可調整圖像顏色，使其更加自然真實。而近年來，伴隨網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展進步，高清攝像機也已經(jīng)出現(xiàn)，并為攝像機圖像質量提升選擇引入ISP 技術。作為CMOS 與CCD 攝像機中的重要器件，ISP 對于傳感器中所生成的圖像數(shù)據(jù)能夠進行后期處理，這是因為傳感器直出圖像質量相對不理想，在細節(jié)與色彩方面都有較大瑕疵，因此需要利用ISP 技術進行處理，例如去噪、去壞點、邊緣強化、白平衡校正處理等。

2.2 外置ISP技術數(shù)字化攝像頭模組結構組成內(nèi)容

所謂外置ISP 技術攝像頭模組，其主體部分包括了護殼、鏡頭以及外置ISP 模塊，另外內(nèi)部還有LED顯示屏、伸縮裝置以及格式處理器。就以格式處理器為例，它能夠在表面設置存儲控制器，主要處理音頻裝置內(nèi)容，連接LCD 接口，建立攝像頭模組，同時分析、處理ISP 模塊中的各項數(shù)據(jù)內(nèi)容，以追求獲得較好的分析處理效果。如圖1所示[4]。

圖1 外置ISP技術攝像頭模組示意圖

圖1中，外置ISP 技術攝像頭模組中就包括了1主體護殼、2 鏡頭、3內(nèi)部LED 顯示屏、4伸縮裝置以及5外置ISP 模塊。除此之外，模組中還包含了存儲控制裝置、音頻處理裝置、圖像控制器、格式處理器、電性連接裝置等[5]。

2.3 外置ISP技術的數(shù)字化攝像頭模組設計流程

為了體現(xiàn)外置ISP 技術數(shù)字化攝像頭模組技術優(yōu)勢，下文給出具體的技術方案，研究其設計技術流程。

（1）要確保外置ISP 技術攝像頭模組中的主體護殼、鏡頭以及外置ISP 模塊設計到位，結合內(nèi)部LED顯示屏與伸縮裝置設置鏡頭，保證外置ISP 模塊位于鏡頭上方位置，同時建立從內(nèi)腔到外部的圖像控制器、音頻處理器以及格式處理器，合理布局LCD 連接口。在LCD 連接口內(nèi)表面則直接套接了LCD 內(nèi)置圈，保證格式處理器與音頻處理裝置能夠實現(xiàn)相互之間的電性連接。

（2）需要優(yōu)選LCD 接口，設計其接口為圓柱體，并在LCD 內(nèi)置圈內(nèi)套接LCD 接口環(huán)形內(nèi)腔。相比于現(xiàn)有技術，新設計方案對于外置ISP 技術攝像頭模組的設計優(yōu)化非常到位，它主要在設備主殼外側設置外置ISP 模塊，可以快速對所拍攝照片進行ISP 模塊分析處理，進而獲得更高的圖片質量，最終正常輸出數(shù)字化圖片。而在拍攝、預覽并輸出對應聲音時，則利用模組中的音頻解碼器對音頻進行處理，再通過數(shù)據(jù)接口拷貝輸出數(shù)據(jù)內(nèi)容，最后留存歷史數(shù)據(jù)[6]。

3 案例簡析

數(shù)字化攝像頭模組在當前的智慧安防領域中應用廣泛，例如它在智能汽車控制系統(tǒng)中的應用就相當深入，它決定了智能汽車是否能夠正常行駛，導航系統(tǒng)是否能夠正常運行。下文結合案例簡單來談。

3.1 數(shù)字化攝像頭的設計

某地區(qū)專門為智能汽車控制要求安裝了數(shù)字化攝像頭模組，其數(shù)字化攝像頭所采用的是一款高分辨率CMOS 數(shù)字化圖像傳感器，其中內(nèi)置10位雙通道A/D 轉換器，可輸出32位圖像數(shù)據(jù)，在自動增益與自動白平衡控制方面表現(xiàn)出色，可實現(xiàn)對亮度、對比度、飽和度等多種數(shù)據(jù)指標的有效調節(jié)。目前，某地區(qū)將這一模組應用于動態(tài)圖像采集系統(tǒng)中，其數(shù)字化攝像頭具有極好穩(wěn)定性，在靈敏度表現(xiàn)上也相對較強，且體積相當之小。

3.2 智能控制系統(tǒng)的軟件設計

某地區(qū)的數(shù)字化攝像頭模組中設計了智能控制系統(tǒng)軟件，主要用于支持操控數(shù)字化攝像頭。該軟件是能夠實現(xiàn)I2C 串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，同時也能輸出黑白信號，充分考慮到不同等級公路路面與路邊緣標記色彩方差較大這一現(xiàn)實問題。在提高信息傳遞速率的同時，也希望將攝像頭信號輸出方式調整為并行數(shù)據(jù)傳輸方式，如此對于動態(tài)監(jiān)視視頻圖像具有一定好處，當然也能配合傳統(tǒng)串行數(shù)據(jù)進行通信。

在智能汽車控制軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取以及存儲部分中，則主要利用數(shù)據(jù)二值化技術進行操作，分析比較數(shù)據(jù)內(nèi)容，計算數(shù)據(jù)誤差，控制數(shù)據(jù)類型。由此所衍生出的智能汽車控制算法可參考圖2[7]。

圖2 智能汽車控制軟件系統(tǒng)的結構示意圖

圖2中，當智能汽車控制軟件系統(tǒng)監(jiān)測到模組中央控制單元時鐘時，需要分析其運行穩(wěn)定性，在保證穩(wěn)定狀態(tài)下才能啟動攝像頭進入正式工作狀態(tài)中。如此就能結合數(shù)據(jù)庫標記交通出道口，分析車輛位置是否符合預設要求，確保車輛監(jiān)控誤差輸出為0。如果車輛位置偏離預設位置，則誤差輸出數(shù)據(jù)會伴隨偏角變化而發(fā)生改變[8]。

4 結束語

文章主要探討了數(shù)字化攝像頭模組在智慧安防領域中的各種技術應用，可以看到該模組技術已經(jīng)被應用于各個行業(yè)領域中，并發(fā)揮了其應有的科技價值，例如本文中所探討的外置ISP 技術數(shù)字化攝像頭模組以及應用于智能車輛監(jiān)控檢測的數(shù)字化攝像頭模組技術。所以在未來，還應該進一步研究這一技術，確保它能夠服務于更多行業(yè)領域，造福社會大眾。