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溯洄從之,道阻且長——低照度的荊棘之路

來源:   日期:2014-11-29 14:36:56    瀏覽:2396次

  所謂的低照度攝像機的是指可以在較低光源、微弱光線下工作的閉路電視攝像機,可在低于正常人眼視覺響應的亮度下正常工作的監控攝像系統。也就是說低照度攝像機是能夠在非常態照明下,仍然可以拍攝到清晰影像的攝像機,我們就稱為低照度攝像機,目前監控產業的對于這類攝像機的定義并無一個公認的標準,因此我們只能將幾種可以在低照度條件下正常工作的攝像機稱為低照度攝像機。

  低照度攝像機的類別選型

  在低照度攝像機產品選型及工程安裝前,需先對低照度相關應用的類別及特性有所了解,只有掌握這些特性之后,才能更好地運用于低照度的環境。首先,低照度攝像機一般是指無需輔助燈光就能夠在低照度環境下辨別目標,其原理是運用攝像機本身感光組件Sensor、圖像處理單元ISP/DSP及鏡頭光學作用共同實現的,應用這些底層關鍵技術,夜間監控才得以實現,而這種實現方式并非只有一種類型,具體低照度應用模式大致可包含以下幾大類別。

  第一種: 最常用的低照度高靈敏度模式(Low-Light Mode)

  這種低照度攝像機類型又稱低照度高靈敏度模式、強制彩色模式,此型攝像機大多采用Super HAD Ex-view CCD/ EXTRA -View CCD或背照式COMS為感光組件,在低照度環境下,可見光和近紅外光有較好的成像效果。應用此技術的攝像機也稱做全天候攝像機。通常其低照度高靈敏度模式的低照度可達10-3Lux,以黑白呈現可達10-4Lux,搭配紅外線輔助照明則可在 0 Lux底下使用,但后兩種情況的照度不構成Low-light低光彩色條件的要求與模式。此種監控攝像機不僅能清晰的辨識圖像,更能在低照度下維持一定噪聲值以呈現彩色畫面,且不會有慢速快門光累積(或稱幀累積)方式出現的畫面延遲拖尾(拖影)等情況。

  第二種: 應用市場上主流的彩色/黑白模式(Day/Night Mode)

  這種類型又稱為D/N日夜模式,它是利用電子機械原理來實現的,目前市場上多數低照度攝像機皆采用此類方法。一般日夜型攝像機的低照度性能以彩色10-2Lux及ICR ON黑白時10-3~10-4Lux(0.001~0.0001Lux)的模式來標示,有些標示以0Lux表示,但是這樣的標示基本沒有任何意義,因此在應用于低照度環境下的日夜監控時必須特別說明。此種攝像機利用黑白圖像對紅外線高感度的特點,在特定的光線條件下,利用電子機械線路來切換濾光片ICR Cut或直接切換為黑白信號,即在感應紅外線后將圖像由彩色轉為黑白模式。而在彩色/黑白線路轉換的過程中,因為過濾了紅外光,使得畫面成像焦點產生變化,故必須搭配IR鏡頭,使日夜成像焦距保持在同一成像點,以避免成像模糊及色彩表現不正確等缺點,雖然這種攝像機已漸成主流,但額外搭配紅外IR濾光鏡頭會讓成本增加,且嚴格來說,此模式是主流機型,卻不是成本上最理想的低照度監控應用方式。

  第三種: 勉為其難才會采用的紅外線輔助照明模式(IR Illumination Mode)

  此類低照度攝像機又稱紅外線攝像機(IR Camera),是目前除了日夜轉換攝像機以外,這算是最好的一種低照度與夜視的應用方式,此類型還可分為攝像機內置IR紅外LED燈及外掛IR紅外輔助投射燈兩種。因為CCD 及CMOS Sensor感光組件可以感應大部分可見光及紅外光光譜范圍,故可在夜間無可見光照明的情況下,輔助紅外光燈照明可以使Sensor感應到更清晰的圖像。同時,攝像機的感光組件在黑白模式下比彩色模式下具有更高的光感靈敏度,可在黑暗的環境中截取到更清晰的圖像,所以在紅外燈的輔助照明下,可做到0Lux環境條件下的監控應用。此外透過光敏電阻的自動點滅裝置,還可選擇搭配黑白或日夜型攝像機以增加低照度與夜視的監控應用能力。

  最后一種:慢速快門模式(Digital Slow Shutter Mode)

  這種低照度攝像機是一種利用DSS電子慢快門,讓光線大量通過鏡頭光圈,快門累積出較高的畫面照度效果,也被稱為光累積或幀累積方式。這類幀累積型低照度攝像機,利用慢快門技術,將因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來,形成一個圖像清晰的畫面。在光圈為F=1.2-1.4的前提下,畫面能累積足夠的照度幀數,此技術可降低攝像機照度至10-4Lux。過去有專家提及這是一種笨拙但卻可靠的低照度應用技術,但要注意,這種技術只適用于固定式的攝像機,且需求環境光線變化是溫和不會劇變狀態,否則容易導致畫面拖影。

  安防視頻監控在各個細分行業中的需求正在逐步增長,作為前端監控的一部分,低照度攝像機也正以穩健的步伐跟上網絡數字監控的快速發展節奏。這些低照度攝像機大部份被用于特殊場合或者偏遠區域,如一些機要區域、關鍵基礎設施、化工廠、邊檢控制、港口入境和邊防。目前上述四類低照度攝像機中真正被認定大量采用的有兩種,一種 是“幀積累”模式和另一種“低照度高靈敏度”模式。很多業內人士并不愿將“彩色轉黑白”的日夜模式也當成是一種低照度攝像機模式,那是因為“低照度攝像機”應該是指攝像機本身所采用的組件技術必須要達到的低照度夜視功能,而D/N彩色/黑白的攝像機因受限于感光組件,本身并無法改變,只是利用線路切換及搭配紅外光的方式將功能提升,所以有人說并不能算是真正的低照度攝像機,但隨著感光組件由CCD轉向CMOS大量采用,感光組件對光線的增益效果日增,現在來說日夜型攝像機也算是低照度攝像機的標準成員了。

  “低照度高靈敏度”模式是市面上最常用的低照度攝像機,它在配置與性能上增強了背光補償,采用了高感光低照的CCD,以SONY公司出了EXVIEWHAD為主,如之前的低照低解,低照高解當然現在SONY的配置都是采用“超感度”模式低照度攝像機正規的配置,來達成真正低照低解與低照高解的要求。

  低照度攝像機的發展障礙有哪些?

  這一年來,低照度攝像機盡管已經有長足的進步,但隨著應用要求的不斷提高,用戶的日益“挑剔”,其弊端也漸漸暴露出來。低照度攝像機一般是不用外加輔助照明光源較多,所以不像紅外線攝像機那樣存在許多先天限制,理論上低照度攝像機應用的場所應當越來越廣,但事實上,需求量并沒有想象中的多。造成這種情況的原因主要有三個方面。

  價格因素:低照度攝像機零件質量選擇要比普通攝像機高,還會應用一些獨特的技術來進一步提升低照度性能。一臺“高靈敏度”低照度攝像機的價格,要比同參數的普通攝像機高出大約40%以上。工程商和用戶對這些較高價位產品還沒有一個較普遍的接受度,還是需要時間去培養和轉變他們的消費觀念和意識,這也大大的限制了低光型攝像機的采用普及性。

  感光組件對光線處理不夠靈敏:剛剛提過,由于CMOS漸漸取代CCD成為低照度攝像機感光組件主流,限制低照度攝像機發展的最主要的因素仍然是感光組件對光線的處理靈敏度。如果感光組件的靈敏度不夠高,在非常微弱的自然光下就會導致圖像噪聲增加、解晰度不夠高、圖像層次不夠強。而且感光組件性能不穩定,將導致低照度攝像機對被攝物體的細節分辨能力下降。

  “低照度高靈敏度”低照度攝像機對鏡頭的要求過高:如果要將低光照的功效發揮到極致,鏡頭的F值至少要在1.2以下,因為只有增大鏡頭的通光量,才能保證攝像機的感亮度。而專業人士都知道,真正F值達到1.2的鏡頭,大部份CCTV鏡頭一般無法達到,而一個稍好點的自動光圈鏡頭,其價格則會高出一臺一般機種攝像機的數倍之多。

  擔心市場需求強度不高:低照度攝像機雖然日趨成熟穩定,但部份行業專家認為配備有IR紅外線照明的低照度攝像機才是主流,高靈敏度的低照度攝像機則并非是市場主流,只有在一些特定區域如添加光源成本較高或不便于安裝光源的情況下,低照度攝像機才有機會發揮其重要的作用。據市場統計,超過半數以上的應用環境,對監控強度的要求并不是特別高,要求攝像機24小時保持高質量監控的場合也尚未達到一定份額,一般照度的攝像機就能滿足大部份應用領域的監控需求。由此可見,低照度攝像機的應用還需要克服選用上的人為因素,才能取得較大的市場突破。

  低照度攝像機如何成功普及

  由于受上述多方面限制因素影響,低照度攝像機的普及正處于差強人意的狀態。如何才能突破障礙藩籬,這是一個值得的思考問題。多數固定焦距的低照度攝像機在白天可視光線效果良好,因為焦距對波長較短的光線更敏感。晚上切換至紅外濾光,使近紅外光進入的時候,攝像機就會因較長的波長而失去焦點?,F在一些廠商針對這種情況特別開發出一種自動后聚焦(ABF)技術,在焦距轉換之后,可以自動調整傳感器的位置,保證低照度攝像機的夜視效果。從彩色模式轉換到黑白模式時,具備(ABF)功能的攝像機在感應組件位置上自動進行精確調焦,從而精確地實現后焦。這就解決了傳統攝像機在取下IR濾光片后影像會變模糊的問題。

  還有通過數字噪聲抑制等方式使得低照度攝像機畫質提升,逐步解決其存在的限制因素。任何攝像機其存在都是有一定理由的,低照度攝像機也不例外,但如何讓它能有施展拳腳之余地,卻能克服一些在使用上組件及人為選型因素,都是低照度攝像機在未來發展中還需克服的問題。也只有種種障礙的突破,才能讓低照度攝像機無論在模擬或是數字監控中繼續發光發熱。


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