穿越迷雾 透雾摄像机的技术解析及应用

2011-07-13 16:12:40来源: CPS 关键字:透雾摄像机  索尼  宽动态  低照度
  近年来,随着终端用户对图像质量越来越高要求,摄像机市场已经从过去的同质化低端恶性竞争,逐步走向差异化,个性化的发展道路。细分市场出现了超低照度摄像机,超宽动态摄像机,照车牌摄像机,和透雾摄像机等应对不同领域终端用户的专业产品。其中又以透雾摄像机的技术含量最高,利润空间最大。但普通厂商因为研发能力不足,或缺乏资金等原因无法渗透此细分市场,目前全球只有少数几个专业厂商涉足该领域。今天我们就来谈谈透雾摄像机的技术及应用概况。

  何为透雾摄像机,其主要功能与普通摄像机有什么差异化特征?

  顾名思义,透雾摄像机就是能穿透迷雾,采集到清晰图像的摄像机。但这个“透雾”从实际应用来讲,也可以透灰尘,透水汽,透细小的障碍物(比如透明罩的轻微脏污和雨水)等。普通摄像机在这些恶劣的环境下图像质量会大幅下降甚至无法采集监控目标的影像,透雾摄像机在这些场合往往能大显身手。

  透雾摄像机的历史渊源出自何时?

  透雾摄像机是近年来才发展起来的一个专业摄像机,最早的透雾系统只有电子部分,准确讲是图像优化处理系统,主要由后端PC对模糊的图像进行有限的优化处理,再现现场。随着DSP技术的发展,人们又把以前在PC上的图像优化系统做成单一的运行程序固化到DSP芯片上,这就是所谓的数字透雾了,因为单纯的数字透雾不会改变色彩,也叫彩色透雾。这是透雾摄像机的萌芽,但这时的摄像机对图像的改善是非常有限。后来随着对光学系统的不断探索,科学家发现不同波长的光在雾中的穿透能力不同,研究人员把这个特性应用到镜头上,通过有选择性的让某些特殊波段的光透过,得到了比普通镜头更好的成像质量,于是透雾镜头诞生了,但透雾镜头的价格很高,为了降低成本,研究人员把这个光学系统移植到摄像机上,从此,普通的非透雾镜头只要搭配透雾摄像机使用也可以达到不错的成像质量,这就是普通透雾摄像机的由来。但此时,透雾摄像机相对普通摄像机仍是非常昂贵,同时操作的不便利让普通用户望而却步,从此透雾摄像机发展遭遇瓶颈,停滞不前。直到Anyvision公司推出全自动智能透雾技术才打破闷局,开始将透雾系统普及化。

  各品牌推出的透雾摄像机在结构与功能上有什么差异?

  现在各大厂商推的透雾摄像机主要从透雾镜头演变而来,结构功能上的区别不大,单纯从透雾的图像质量来说也大同小异,一般来说主要包括数字图像增强系统和光学图像处理系统,但这两个系统是单独运行的,彼此并不影响,因此绝大多数的透雾摄像系统招标时往往注明要有RS485远程控制功能。这意味着管理员必须每时每刻关注监视器图像的变化,当由一个人管理一个广大的监控区域时(多路图像)就更加尴尬,因为人的视线无法同时关注多个监视器的细节,从而导致很多时候重要画面的缺失。有些管理员为了偷懒干脆24小时开启透雾模式,但因为透雾摄像机的光学特性,此时色彩几乎完全丢失,对于某些客户来说,这也是无法接受的。这个尴尬的局面直到Anyvision的全自动智能型透雾摄像机推出才被打破。Anyvision创造性的给透雾摄像机增加了一个系统—智能图像分析系统,并且对迷雾、脏污、雨水等各种现实环境进行大量的实际采样并进行仿真模拟,采用模糊智能图像分析算法,对图像进行分析判定,再结合高性能DSP,将透雾摄像机难掌握、难操作,透雾效果不佳等弊病一扫而光。

  在实际运用中,Anyvision的全自动智能型透雾摄像机只要在初次安装时根据现场环境进行简单的调试,即可马上投入使用。并且运行稳定。由于采用全自动透雾模式,摄像机会自动分析图像是否有雾或水汽、灰尘、脏污等异常并实时开启预先设定的透雾模式,并且把数字图像增强系统和光学透雾系统进行智能联动,保证图像的清晰透彻。从此,监控管理员无需再24小时死盯屏幕,大大解放了人力,让实际监控效率一下提高了几个级别。

  透雾摄像机的应用前景在哪里?有多大?

  应用方面最早主要在军方,它弥补了热成像系统的局限性,用清晰透彻的画面及完美的成像现场细节,赢得了军方的青睐。随着环保意识崛起,许多国家对森林及水文监控系统的重视,透雾摄像机得到了一个非常合适的应用场合,开始迅猛发展。

  透雾摄像机目前广泛运用在森林防火,水文监控,海岸监控,边防,战场侦查瞭望,油田矿场,港口、城市监控,道路监控,航空航天等场合。随着现代网络技术和遥感技术的不断进步,以及成本的不断降低,透雾摄像机将会更多的运用到民用市场,比如交通工具的主动安全防御。未来透雾功能将会成为像超宽动态功能一样应用广泛的功能。

  市场上“真透雾”与“假透雾”摄像机有什么区别?

  由于数字透雾和光学透雾的成本还有成像质量都有巨大的差别,一些不良厂商浑水摸鱼,随便做个滤镜切换装置,稍改下DSP的灰度、对比度,然后盗用一段别家的录像文件就当透雾摄像机卖。这样的摄像机往往只是滥竽充数,Anyvision全自动智能透雾技术的出现,因为仿真算法复杂,技术门槛高,从某种程度上说打击了不良厂商的低劣模仿行为。

  透雾摄像系统应用当中的误区与注意事项

  误区一,盲目追求大尺寸图像传感器

  现在一般说透雾摄像机,标书里动辄要1/2CCD,其实从透雾成像质量来说,大尺寸的1/2CCD和小尺寸的1/3CCD没有任何不同。一般来讲,除非甲方硬性要求夜晚不能使用红外照明系统,否则大尺寸CCD从成本考量没有任何优势,从夜视性能来讲,没有红外照明系统的大尺寸透雾系统远远不如带有红外照明系统的小尺寸成像系统。另外还必须注意的是,同样焦距的镜头,采用1/3英寸的图像传感器有效监控距离远远超过采用1/2图像传感器的有效监控距离,这对于必须监控广大范围的透雾系统来说至关重要。如下图所示:

  由此可以得出以下公式:(单位mm)

  假设采用750mm的镜头,监控目标宽度为10M即1000mm,代入公式计算后我们将得出以下结果:(单位mm)

  通过上表我们可以看到差别是巨大的,必须明确的是这个只是监控半径,如果配合云台系统,差距还将倍增。因此根据自身的需求,选择理性合适的系统,不仅能有效降低TCO(整体拥有成本),还能大幅提高监控系统的运营效率。系统集成商如果善加利用,将会大大提高项目利润率,同时提高客户满意度。

  误区二,必须RS485远程控制

  老式的透雾系统由于无法主动分析视频,因此只能由人工来判定是否需要开启透雾模式,为了保护既得利益,因此许多标书里指明必须此功能。实际上在Anyvision全自动智能透雾系统里,此功能已成为鸡肋,因为太烦琐,根本没人会使用。

  误区三,必须搭配电动三可变镜头

  这是项目投标过程中标书撰写者所设置的陷阱,说到这个我们必须了解下什么是电动三可变,什么是电动两可变。从字面上理解似乎电动三可变要多一变,其实不然,电动两可变镜头少的那一变指的是光圈人工远程手动控制,改成了摄像机现场自动控制,也就是我们常说的自动光圈。说到这里,广大用户应该明白谁优谁劣了,毕竟,谁有耐心一天到晚去调整光圈?最终的结果必然是放弃使用该功能而使用摄像机电子快门,但电子快门的曝光的反应毕竟是不如自动光圈的。

  误区四,必须视频镜头

  视频驱动的镜头相对DC驱动效果确实不错,但我们必须明白为啥视频驱动会比DC驱动好的原理。视频驱动镜头上一般有两个电位器,分别调整图像的平均值和峰值,这样,当画面光线亮度不均匀,反差较大时,能够根据用户的设定达到一个合适的阀值。而DC驱动镜头没有这个电路,自然在这种情况下会过曝或过暗,有时还会产生不稳定的呼吸现象,图像忽明忽暗。特别是在道路监控领域,这种情况更加普遍。(夜晚的车灯造成画面亮度极度不均匀)Anyvision的全自动智能透雾摄像机从设计开始就考虑了这个问题,在DSP中集成了峰值调整(也叫光峰抑制或强光抑制)算法,由于采用了高速DSP,反应更加迅速。从此搭配更加常规、也更加便宜的DC驱动镜头也能在户外甚至在夜晚的高速公路上采集高质量的图像。

  注意事项:必须搭载优秀的IR对应矫正镜头

  由于透雾与非透雾模式所采用的光谱完全不同,普通镜头切换透雾模式会造成后焦点偏移导致图像模糊,应搭载优秀的全波段IR对应矫正镜头补偿后焦偏移量,保证成像清晰。

  根据透雾摄像机现在的技术现状,未来该类型机器的发展趋势是什么?

  自从Anyvision的全自动智能透雾摄像机诞生,现代透雾摄像机技术已经基本成熟,未来的发展主要来自以下几个领域:

  透雾成像质量的进一步提升:现在的透雾摄像机还只能穿透薄雾,对浓雾及厚的云层仍然无法穿透,随着技术的进步,新的算法、新的零部件将带来性能的进一步提升。

  透雾摄像机市场的细分:未来应对不同的客户将会有不同的特殊透雾摄像机,比如应用在快球上的一体化透雾摄像机(可大大降低快球表面清洁的维护量,Anyvision已经研发成功)。高清透雾摄像机、微型透雾摄像机等。透雾摄像机的家族成员将会越来越多。下面的几张图片是Anyvision的透雾一体摄像机和SONY480一体机对比的效果图。左边为Anyvision,右边为SONY。

  应用普及化:随着成本的不断降低,民用市场将被启动,那时透雾摄像机将迎来更大的增长。

关键字:透雾摄像机  索尼  宽动态  低照度

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/0713/article_3859.html
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