细数低照度应用四大模式 行业发展看中产品性能

2013-11-01 20:47:25来源: 互联网 关键字:细数  应用  产品性能
    为了突出监控摄像机对图像的捕捉能力,越来越多的安防厂商将宽动态与低照度两大功能纳入了基本范畴之内。就在众多造型、功能的监控摄像机中,我们发现宽动态与低照度监控能够解决日常监控中的很多问题,因此这两种功能也就成了必备要素。本文围绕低照度摄像机应用,探讨低照度监控应用的发展。
  
  低照度摄像机四模式应用
  
  在进行低照与夜视监控建置及产品选型前,需先对低照与夜视应用的类别及特性有所了解,只有掌握这些类别特性之后才能善加运用于相应的环境。首先,低照度摄像机一般是指无需辅助灯光就能够辨别低照环境下的目标,其原理是运用摄像机本身感光组件Sensor、图像处理单元ISP/DSP及镜头光学作用共同实现,应用这些底层关键技术,低照与夜视监控的应用方式才得以产生实际的效能,而其实现方式并非唯一,大致包含以下几大类。
  
  ◇ 最常用的低光高感应模式(Low-LightMode)
  
  又称低光全彩模式,此型摄像机大多采用SuperHAD、Ex-view/EXTRA-ViewCCD或背照式COMS为感光组件,在低照环境下有很好的可见光和近红外光反应。应用此技术的摄像机也称做全天候摄像机。通常其低光彩色模式的低照度可达10-2Lux,以黑白呈现可达10-3Lux,搭配红外辅助照明则可在0Lux下使用,但后两种情况的照度不构成Low-light即低光彩色条件的要求与模式。此种监控摄像机不仅能清晰的辨识影像,更能在低光下维持一定噪声值呈现彩色画面,且没有通过快门慢速光累积方式实现低照显示时出现的画面延迟拖尾等情况。
  
  ◇ 最便利的日彩色/夜黑白模式(Day/NightMode)
  
  又称为日夜模式,利用电子机械原理,此种摄像机在市场上渐渐成为主流。一般日夜型摄像机的低照性能以彩色10-2Lux及ICRon黑白时10-3~10-4Lux的模式来标示,0Lux这样的标示基本没有意义,因此在应用于低光夜视情况下的日夜监控时必须特别说明。此种摄像机利用黑白影像对红外线高感度的特点,在特定的光线条件下,利用电子机械线路切换滤光片ICRCut或直接切换为黑白信号,即在感应红外线后将影像由彩色转为黑白模式。而在彩色/黑白线路转换的过程中,因为去除了红外滤光片,使得画面成像焦点产生变化,故必须搭配IR镜头,使日夜成像焦距保持一致,以避免影像焦距模糊及色彩表现不正确等缺点。基于此,虽然此类型摄像机已成为采购趋势,但额外搭配IR镜头令成本增加这一“劣势”无法避免,且严格来说,此模式并不是最理想的低照与夜视应用方式。
  
  ◇ 最不得已的红外线辅助照明模式(IRIlluminationMode)
  
  又称红外线摄像机(IRCamera),是目前除了日夜转换摄像机以外最好的一种低照与夜视应用,还可分为摄像机内置IR灯及外挂IR辅助投射灯两种。因为CCD及CMOSSensor感光组件可以感应大部分可见光及红外光光谱范围,故可在夜间无可见光照明的情况下,辅助红外光灯照明使影像Sensor感应更清晰的影像。同时,摄像机的感光组件在黑白模式下比彩色模式具有更高的光感灵敏度,可在黑暗的环境中撷取到更清晰的影像,所以在红外灯的辅助照明下,可做到0Lux环境条件下的监控应用。此外,透过光敏电阻的自动点灭装置,还可选择搭配黑白或日夜型摄像机以增加低照与夜视的监控应用能力。
  
  ◇ 最具风险的慢速快门模式(DigitalSlowShutter)
  
  利用DSS电子低速快门,让光线大量通过光圈快门累积出较高的画面照度效果,也被称为光或帧累积方式。这类帧累积型摄像机,利用慢快门技术,将因光线不足而较显模糊的画面累积起来,形成一个影像清晰的画面。在光圈为f1.2-1.4的前提下,画面能累积足够的照度帧数,此技术可降低摄像机照度至10-4Lux。有文章曾提及这是一种虽笨但可靠的低光应用技术,但这种技术只适用于固定式摄像机,且需求环境光线变化恒定,否则容易导致画面拖影延时,适用于禁用红外线或投射灯等静态监控场所。
  
  低照度摄像机监控需求
  
  在“平安城市”项目、金融、文博、酒店、写字楼、住宅小区、平安村居、校园、港口、高速公路、街道等场合,对摄像机性能要求比较高,由于常规型摄像机难以满足24小时连续监控的需求,所以低照度摄像机成为首要选择。这些应用中,例如“平安城市”项目,夜间光照不足,又不可能大规模安装补光照明设施,在这样的情况下,要得到较好的监控效果,就需要安装高品质的低照度摄像机,既能保证监控效果,又能简化系统构成和实现较好的可靠性和较低的成本。
  
  除了上述这些传统的监控领域,森林、医院等地方,一般也会安装低照度摄像机,这些场合,环境光照不理想,但又不宜外加光源,例如医院,为了保证病人休息,不方便通过补光等方式来提高环境照度,就只能在摄像机性能上想办法,所以需要安装低照度摄像。
  
  还有一些场所,没有条件加光源,也需要使用低照度摄像机。例如一些工地、油田、厂区、货场等室外场所,监控面积大,又往往没有路灯,这种情况下,采用普通摄像机就不能保证监控效果,也需要采用低照度摄像机,才能保证有效的监控效果。
  
  总之,低照度摄像机要主要依靠自身的性能来实现在微弱光线下获得较好的监控效果,使其对对外部环境依赖较小,对于特殊场合,夜间能实现隐蔽监控。由于对低照度摄像机可靠性、性能要求都比较高,因此价格也相应高于普通摄像机,用户预算也应该要比较高些。
  
  低照度摄像机未来发展
  
  低照度摄像机的发展主要集中在产品性能、产品功能这两个方面。
  
  产品性能的提升,主要依靠更优秀的感光器件,例如SONY的SuperHADIICCD,其次是采用更优秀的DSP技术,通过DSP的信号优化、图像降噪、整机灵敏度提升来实现摄像机性能的跨越。
  
  产品功能则更多是结合实际需求来实现:例如在实际中发现彩转黑之后容易虚焦,所以引入自动后焦调节(ABF技术)、步进电机驱动的ICR双滤光片技术(一块滤光片负责滤除红外光,另一块负责光学补偿)。又如低照度摄像机和红外灯协同工作时,容易出现频繁日夜切换等问题,所以AMPON开发了红外侦测锁定技术,还有一些厂家开发了光敏开关测光技术等等,来保障彩转黑摄像机转换性能的稳定。
  
  低照度摄像机提升效果最合理的做法,是用硬件来提升产品性能,例如通过在CCD、DSP方面的努力,实打实地提升低照度效果。而对于延长曝光时间(慢快门)或称帧累积技术来提升低照度效果的方法,往往会带来不理想的效果。如采用慢快门,由于曝光时间延长,使画面亮度提升,看起来是提高了低照度效果,实际上拍摄到的图像细节模糊不清,所以延长曝光时间的做法,是不可取的。有些产品把出厂的默认亮度值提高到120IRE(大于标准值100IRE、700毫伏),常常是夜间亮度好,白天曝光过度,监控质量变差。
  
  最后要说的就是数字降噪,这是一种很有效的抑制噪点的方式,就是通过数字处理,可以降低杂波,突出想要的监控信息主体,摄像机性能将有很大提升。
  
  低照度摄像机对其重要的配套器件----镜头有较高的要求,例如优质的镜头,其F值能做得较小,即通光量较大;又如彩转黑摄像机需要采用感应红外镜头,它最大的优势是白天和夜间聚焦一致,不会出现彩转黑虚焦的情况。这是因为它采用了非球面镜片和特殊的玻璃材质,所以能消除聚焦误差,实现日夜聚焦一致,而这个性能,对于彩转黑摄像机至关重要。

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2013/1101/article_6343.html
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