全新理念:低照度摄像机引领夜间安防

2011-11-14 18:17:36来源: 安防监控网
  近年来,伴随CCD和DSP技术的日趋进步,低照度摄像机虽然日趋成熟稳定,并在不少领域中使用,但行业专家认为低照度摄像机并非是市场主流,只有在一些特定的情况下被应用,如添加光源成本较高或不便于安装光源的情况下,低照度摄像机才能发挥作用。

  低照度摄像机定义

  目前市场上标榜的低照度摄像机无论是厂商或是进口商,对低照度的定义众说纷纭,莫衷一是,彩色摄像机从0.0004LUX~1LUX,黑白摄像机从0.0003~0.1LUX均有,(若搭配红外线,则均可达0LUX),这就是国内市场在CCTV产业的技术规格方面并无统一标准,而产生各说各话的情况。行业内人士强调,照度能低到多少,不仅要看镜头的光圈大小(F值),更要看是在什麽条件限制下才能出现所标示的LUX值,否则只是流于数字的游戏罢了!以光圈大小(F值)而言,光圈愈大则其所代表的F值愈小,所需的照度愈低。另外电子灵敏度(ELECTRONIC、SENSITIVITY)是否提高,单一画面累积帧数为多少?红外线是ON还是OFF?……等都应了解清楚,才不致被规格所标示的照度数值所混淆。低照度摄像机在中国市场的演进过程低照度摄像机在中国市场的演进简单分为以下三步:白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO)低速快门(SLOW/SHUTTER)及超感度摄像机(EXVIEW/HAD)。

  一、白天彩色/晚上黑白(昼夜型摄像机COLOR/MONO)

  此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求群。昼夜(COLOR/MONO)摄像机的照度在国内市场上最低标示数值甚至为0LUX,我们不禁要问:“摄像机乃光学原理制成,0照度下如何成像?”白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO)摄像机是利用黑白影像对红外线感度较高的特点,在一定的光源条件,利用线路切换的方式将影像由彩色转为黑白,以便于搭配红外线。在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中,此类摄像机已采用单一CCD(彩色)设计,在白天或光源充足时为彩色摄像机,当夜晚降临或光源不足时(一般在1LUX~3LUX)即利用数位电路将彩色信号消除掉,成为黑白影像,且为了搭配红外线,亦拿掉了彩色摄像机不可缺的红外线滤除器,真正的“低照度摄像机”应指摄像机本身(所采用的元件,技术)可达到的功能,而白天彩色/晚上黑白的摄像机因受限于CCD感度,本身并无法改变,只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升,不能算是低照度摄像机。

  二、低速快门(SLOW/SHUTTER)

  此类摄像机又称为(画面)累积型摄像机,是利用电脑记忆体的技术,连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来,成为一个影像清晰的画面,运用SLOWSHUTTER技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2(×128),并且画面能够累积的帧数(128帧)是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆,夜间生物活动观察,夜间军事海岸线监视等,属性较静态场所的监视。

  三、超感度摄像机(EXVIEW/HAD)

  超感度摄像机(EXVIEW/HAD),又称24小时摄像机,其彩色照度可达0.05LUX,黑白则可达0.003-0.001LUX(亦可搭配红外线以达0LUX)不仅能清晰的辩识影像,更是实时连续的画面。

  低照度摄像机技术

  所谓低照度摄像机,即在光线很暗的情况下,无需其它辅助光源仍能识别目标物体的摄像机,常见的有枪式摄像机和半球型摄像机。

  环境照度(亮度)通常以lux(勒克斯)为单位来衡量,其值越小,说明环境越暗。摄像机的照度指标也用lux为单位来衡量,其值越小,说明其灵敏度越高,越能看清暗处的物体。因此,照度的高低成为人们选择摄像机的一个重要参数。

  现在,很多厂家(商家)将摄像机的照度参数越标越低,从1.0lux到0.1lux,再到0.001lux等等,那么,这些摄像机果真有那么高的灵敏度吗?为了真正认识低照度摄像机,下面从两方面进性阐述。

  CCD及配套技术

  一个完整的摄像设备由有两部分组成,即镜头和摄像机,而摄像机又由感光器件(CCD或者CMOS,本文以CCD为例)、复杂的信号处理电路、滤光片等组成。

  镜头

  作为摄像部件的重要组成部分,其作用是为摄像机的CCD聚焦被摄物体的光线,使景物在CCD上成像。其可摄取光线的多少直接决定了CCD成像的清晰度。衡量镜头摄取光线的多少,称之为进光量,镜头的进光量用F值(光圈)表示。F值=f(焦点距离)/D(镜头的有效口径),它与口径成反比,与焦点距离成正比。在焦距相同的条件下,镜头口径越大,F值越小,镜头进光量就越大。常见镜头的F值多为1.2、1.4,目前也有F1.0的镜头。因此为了使得摄像机获得理想的低照度效果,需要配置相适合的或配置F值较小的镜头。

  CCD感光器件

  目前摄像机常用的CCD主要有三大供应商,即SONY、SHARP和LG,在这三种CCD中,SONY的CCD感光度相对较好,常用的SONY CCD低照度技术为Super HAD CCD;后来SONY又研发出超感光度CCD,SONY称之为EXVIEW CCD,该CCD的感光度为Super HAD CCD的5倍。

  另外,CCD的尺寸大小也对感光度有着很大的影响,尺寸越大,其感光度越好。为了使摄像机有更低的照度指标,经常会采用1/2英寸的CCD摄像机。有数据显示:1/3英寸CCD的感光量只有1/2英寸CCD的56%;而1/4英寸CCD的感光量只有1/3英寸CCD的44%。

  滤光片

  其是彩色摄像机的一个很小的器件,对摄像机的成像效果起着很大作用。滤光片滤除红外光。彩色摄像机的CCD也可感应红外线,但因感应红外光易导致DSP无法算出正确颜色,因此须加一片滤光片将光线中红外光滤除,所以只有彩色CCD需要滤光片,黑白CCD不需要安装。

  低照度摄像机为得到更低的照度,除摄取可见光外,也需要摄取一些红外光,而不同波长的红外光都被摄取会对摄像机成像造成一定的影响,所以要采用可滤除不需要的的红外光而保留需要的红外光的滤光片。目前高端低照度摄像机会选用双滤光片,即白天采用不感应红外的滤光片以获得清晰的图像,夜间采用可感应红外的滤光片得到更低的照度。此类摄像机都会有一个光敏电阻,当光敏电阻感应到外界光线不足时会启动摄像机内的触发电路,将不感应红外光的滤光片切换成感应红外光的滤光片。更高端的摄像机在切换滤光片的同时会转换成黑白图像,以此得到更好的图像效果。当然,在转换过程中会遇到一个临界值问题,若光线恰好在设定的临界值时会来回切换,不但对成像效果会有影响,也会因为不停的机械运动影响滤光片的寿命,所以一些生产厂家在摄像机内增加一个延迟电路,即当达到临界值时延迟一段时间再切换,若在这个时段内,照度继续降低,则切换,若保持不变或者升高,则不进行切换。

  图像DSP处理

  低照度摄像机发展至今,不仅有硬件技术方面的发展,对于DSP图像处理方面也有突出的表现,比如彩转黑技术和低速电子快门,即帧累积技术的出现。

  彩转黑技术

  通常黑白摄像机的灵敏度会比彩色摄像机的灵敏度要高很多,因为黑白摄像机中,DSP运算只对两种色彩进行处理,即黑色和白色,所以现在相当部分的低照度摄像机都有彩色转黑白的功能,即白天为彩色图像,夜间通过软件处理将图像转换为黑白图像,通过牺牲彩色效果来得到更低的照度。

  一般彩色转黑白的过程是通过CCD采集光线后转换的电荷强弱来控制,当电荷强度达到一定临界值时会自动转换为黑白图像,同样为保证在临界值时不会造成反复切换,会做一个延迟处理。

  低速电子快门技术

  低速电子快门利用电脑记忆体的技术,连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积叠加,成为一个影像相对较清晰的画面。在CCD摄像机内,是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门,电子快门控制摄像机CCD的累积时间,当电子快门速度增加时,在每个视频场允许的时间内,聚焦在CCD上的光减少,将降低摄像机的灵敏度。普通摄像机的电子快门为PAL:1/50-1/100000秒,NTSC为1/60-1/100000秒,低速电子快门可放慢快门的曝光速度,使得CCD可更长时间累积电荷从而在低照度环境下得到相对清晰的画面。现在帧累积摄像机其低速电子快门放慢速度可达到普通摄像机的128倍。然而,随着电子快门速度的放慢,会产生摄像机图像拖尾现象,该类摄像机比较适用于对静止画面的监视,活动剧烈的画面监视不宜用。

  通过以上分析,用户在选择低照度摄像机时不能盲目地看各商家所标的最低照度参数,而应根据应用环境、要求、监视对象,再结合经济能力选择相应的低照度摄像机。如选1/2英寸还是选1/3英寸摄像机;究竟选Super HAD CCD技术还是选EXview HAD CCD技术或帧累积技术;还可考虑是否要有彩色转黑白功能,是否运用了双滤光片切换技术等。

  当然任何低照度摄像机都需要有一定的光线才可使用,至于光照度的大小涉及到低照度摄像机的灵敏度。所以0LUX摄像机是没有的,所谓OLUX是指没有可见光,这需要由红外线灯来补光才能使摄像机可以工作。然而,一些场所红外摄像机被禁止使用,因此目前为止,低照度摄像机仍有其不可替代的地位。如博物馆禁止红外线紫外线,而这些场所又必须24小时进行监控,对要求较高的应用场合建议尽可能选择CCD尺寸较大的摄像机,如1/2英寸的摄像机。在一些易燃易爆的仓库、煤矿井,由于红外摄像机的发热量较大,易造成自燃导致火灾,红外摄像机在这些场所也被禁止;还有军事海岸线等场所,由于红外摄像机所发出的波长容易被一些专用仪器所发现而禁止,只能选择低照度摄像机。

  低照度摄像机应用领域

  目前低照度摄像机用于道路监控的重点是高速公路收费监控系统,主要是对收费站的车道、收费广场、收费亭的收费情况,对收费车道通过的车辆类型、收费员的操作过程以及收费过程中的突发事件和特殊事件进行观察和记录,实施有效的监督。尤其是在晚上,收费站工作人员需要看清车牌,而一般情况下,车灯打开后,路上的环境照度与车牌的照度形成了一定的动态范围,传统摄像机难以“看清”,所以对低照度摄像机的需求极大。

  其次是电子警察系统,通过闭路电视监控和冲红灯自动摄录等手段,提高指挥中心的直观性、实时调动能力和对交通事故、意外事件的响应能力,以及增强查处违章的客观性,并对控制区域进行全面协调控制,提高车辆的通行能力。由于需要看清车牌,24小时监控,所以对低照度摄像机有了需求。

  除了在一些较传统的监控领域,还有些情况在低照度环境下可能不方便外加光源的场所,比如在医院病房内,想要对医生或者值班护士进行绩效考核。如果在病房里加光源,就会影响病人休息,因此就需要用到低照度的摄像机。另外还有一些不合适外加光源的场所,比如监狱等特殊单位需要在隐蔽位置安装摄像机。

  当下,低照度摄像机的应用已经不局限于CCTV的监控场合,包括某些设备制造行业、生物医疗以及科研军工等领域都有广泛的应用,比如三星光电子研究的终极超低照度摄像机,其照度值能达到0.000008Lux,该产品主要是用于医疗事业需要高清的领域。另外,某些领域除对产品指标特性的关注以外,对产品的外形尺寸也到了斤斤计较的程度。低照度摄像机的发展,不必只关注当前监控领域的需求,更应当听取其他行业的需求,解决低照度条件下可获取低噪声的图像,另外频谱的相应范围也可以做得更宽泛,以适应多领域的需要。

关键字:安防

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/1114/article_4178.html
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