低照度成安防新宠 未来产品功能改进成主要方向

2014-01-07 17:39:51来源: 中国安防展览网 关键字:安防
    随着安防监控由高端专用领域日趋民用化,摄像机的应用范围也越来越广泛,很多监控条件差、光线昏暗的地方也要求安装功能多样的摄像机,尤其是低照度摄像机。另外,为了满足全天候24小时监控的需求,新技术型的低照度摄像机也成为了监控市场的新宠。目前,低照度摄像机已广泛用于金融、文博、酒店、写字楼、住宅小区物业管理等领域。现在,低照度高清网络摄像机已经出现,业内专家认为,低照度性能的改良将加速高清网络摄像机的普及步伐,加快高清监控大时代的进程。
  
  低照度技术如何实现?
  
  BSI图像传感器设计技术进入高清时代以来,随着图像传感器像素的不断提高,其感光灵敏度在成比例下降,一种新的BSI传感器架构模式应运而生。BSI是在设计上将图像传感器的上下层进行翻转,因此传感器可以通过原本是在底层的硅基板来收集光线。这种方法与传统的FSI传感器不同,在FSI传感器上,到达感光区的光线在某种程度上被传感器中进行光电转换的金属线和电介质层所限制。FSI方法会阻碍光线到达像素或使光线偏离像素,最终降低填充系数,并带来像素之间串扰等问题。BSI则将金属线和电介质层移到传感器阵列的下方,为光线提供了到达像素最直接的通道,优化了光线吸收。ULLS图像传感器基于BSI架构,提供了多项超越性的性能改进,包括每单位区域更强的灵敏度、更高的量子效率以及减少串扰和光响应非均匀性,再结合特制的纳米级设计制程和新的生产工艺模块,使得图像传感器的弱光敏感度提高30%以上,并可有效控制色度亮度干扰,从而显著改进色彩和光电性能。
  
  ◇ ISP前端图像处理技术—3D数字降噪
  
  摄像机在低光条件下运行,不可避免的会出现固定的或随机的传感器噪声,且每一帧图像所产生的噪声是不相同的。若噪声过多则会使图像模糊不清。传统的2D降噪技术属于帧内降噪方式,在消除动态噪声方面效果有限。3D数字降噪是在帧内降噪的基础上,通过对比相邻几帧图像将噪声自动滤除处理掉,从而显示出比较清晰细腻的图像。运用全球领先的帧间预测方法,依据图像噪声的分布统计规律,在空间二维和时间一维上同时进行估计、预测和降噪处理,最大限度的去消除噪声对图像的影响,使最终成像效果得到极大的增强和改善,图像细节得到更好的辨识。除此之外,在面对明暗反差过大的场景时,3D数字降噪还可有效提高宽动态的展现能力。
  
  ◇ ISP前端图像处理技术—3A成像控制
  
  3A成像控制指自动曝光控制(AE)、自动聚焦控制(AF)、自动白平衡控制(AWB)。自动曝光控制能够自动调节图像的亮度,自动聚焦控制通过调整聚焦镜头的位置获得最高的图像频率成分,自动白平衡对不同光线造成的色差给予补偿。基本的3A成像控制是摄像机所必须的功能,优秀的3A成像控制算法对于摄像机的成像效果有着至关重要的影响。基于微分图像分析的3A成像控制算法,具有统计准确、反应迅速、调节平滑等特点,无论是在清晨还是黄昏,抑或是光线复杂的夜间环境,都能不受取景、光影影响,提供精确的颜色还原,呈现完美的日夜监控效果。
  
  低照度摄像机未来性能、功能改进
  
  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。
  
  低照度监控布建可应用方案
  
  工程技术人员都应该知道在光线较差的环境中,低照度摄像无需辅助光源即能识别目标物体,这些都是靠摄像体本身Sensor、DSP、镜头及虑光片协作所致,而在这些关键技术采用下,低照监控的布建应用也就越来越受到工程商的重视与使用青睐。这些低照度监控应用方案大致包含以下:
  
  ◇ 最基础也是最笨的一种方式帧累积应用方案
  
  这种应用也叫做低快门(SlowShutter),此类摄像机又称为画面帧累积型摄像机,它是利用内存的技术并放慢快门速度,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,运用慢快门技术降低摄像机照度至0.009lux/f1.2以下,并且画面能够累积的帧数(128或256帧)是属于一种既笨又可靠的低光应用技术。
  
  此类型低照度摄像机适用于禁止红或紫外线的场所,比如博物馆或夜行动生物观察,国土海岸监视等,属于较静态场所的低照监视使用。
  
  ◇ 电子机械应用方式彩色变黑白模式方案
  
  此方式又称为日夜模式(Day&NightMode),此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求,一般日夜型摄像机的照度在国内市场上标示数值最低有达到0LUX的程度,但0Lux基本无法呈现色彩,因此在应用于低照监控布建时必须特别声明其效能。这种白天彩色/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,利用电机机械线路切换滤光片或软件切换为黑白信号模式的方式,将影像由彩色转为黑白,以便于感应红外线。
  
  在彩色/黑白线路转换的过程中,为了搭配红外线,拿掉了彩色摄像机不可缺的红外线滤光片,此种作法虽可在夜晚达到“低照度”的目的,但在应用时却有影像焦距模糊,色彩表现不正确的缺点,并且摄像机的成像距离会受到红外线成像焦点位移差的影响导致无法清晰成像的结果。因此为达真正的低照度摄像除采用IR红外镜头搭配使用才能达到成像清晰的要求,而特别注意的是碍于摄影机本身采用组件的功能限制,因此这种而白天彩色/晚上黑白的摄像机只是利用线路切换及搭配红外光的方式,并不能算是低照最好的方式。
  
  ◇ 最科学化的应用方式高感度低光感应模式方案(Low-Light)
  
  此方式又称做Exview-HAD模式,也可称为全天候摄像机,是最热门的低照度监控应用机种。其彩色模式低照度可达0.01Lux,黑白更可达0.001Lux,搭配红外线时可在0Lux下使用。此类低照监控的摄像机不仅能清晰的辩识影像,更不会出现类似低照时帧累积方式出现延迟画面。此类型摄像机主要采用Exview-HAD超感光组件,使得最低照度可达0.001Lux,幷且还能保持较小影像噪声比,而实现真正意义的低光级摄像机,在相对黑暗的环境下无需使用红外灯就可以得到较为清晰的影像,使安防行业在低照监控的技术发展更深一层。
  
  ◇ 有效的辅助低照的应用方式红外线辅助模式方案(IRMode)
  
  感红外摄影机又称为红外辅助摄像机,由于感光组件有很宽的感光光谱范围,其感光光谱不但包括可见光区域,还延长到红外区域,利用此特性,可以在夜间无可见光照明的情况下,用辅助红外光源照明可使影像感光器清晰的成像。在实际低照监控工程应用中,我们发现黑白摄影机比彩色摄影机具有更高的灵敏度,可以在较暗的环境里获得更清晰的影像,特别在有红外光源辅助照明配合下,更是可以做到0Lux(可见光)。因此在使用红外灯时我们应选择黑白摄影机或是日夜两用摄影机镜头,并具有IR自动光圈,以适应昼夜照度很大的变化。
  
  以上四类为低照监控时最有效的系统布建应用方式,给我们在系统产品选型上提供了一个有效低照环境应用依据,但除了应用的选型依据之外,我们在低照监控系统的布建产品选型上还要注意一些重要的选行应用问题,这些问题可谓包罗万象
  
  关于低照度
  
  顾名思义,低照度摄像机是指在较低光照度的条件下仍然可以摄取清晰图像的摄像机,CCTV产业的技术规格方面对此并无统一标准,因此也无法定义在最低照度为何值可称其为低照度摄像机。况且最低照度的数值与镜头的光圈大小(F值)、电子灵敏度(ELECTRONIC、SENSITIVITY)、红外线开关状态等条件均有关系,因此需要在相同测试条件下考察摄像机的最低照度。

关键字:安防

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2014/0107/article_6643.html
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