某小區(qū)治安監(jiān)控項目采購了一批某著名品牌的彩轉(zhuǎn)黑日夜型攝像機，調(diào)試完成后，業(yè)主覺得夜間照度不佳，但為了避免夜間燈光擾民，要求增加紅外燈對監(jiān)控點位進行補光，系統(tǒng)集成商按要求增加了若干紅外補光燈，但是到了夜晚，幾乎每個點位的攝像機都出現(xiàn)了彩色黑白視頻反復(fù)切換的問題。集成商百思不得其解，找來攝像機的廠家，開始也是一籌莫展，最后經(jīng)過仔細分析，最終使問題得到了較好的解決，相關(guān)技術(shù)人員也上了寶貴的一課。要了解問題發(fā)生的根源并理解最終的解決辦法，我們必須從頭說起。

　　黑白視頻和彩色 視頻清晰度問題

　　模擬復(fù)合視頻信號(CVBS)是由一系列頻率不同的正弦波所組成的復(fù)雜波形(可根據(jù)傅里葉變換分解)，這些正弦波的頻率范圍從0赫茲到8M赫茲，這也就是復(fù)合視頻信號的帶寬。在這一系列的不同頻率的正弦波中，低頻部分決定了視頻中物體的形狀等宏觀屬性，而高頻部分則決定了圖像的清晰度和圖像中物體的細節(jié)。如果是彩色信號，那么色彩部分也是由高頻部分決定的。也就是說，對于彩色復(fù)合視頻信號來說，信號的高頻部分決定了圖像的清晰度、被攝物體的細節(jié)以及色彩等屬性。由于基帶復(fù)合視頻信號通常在同軸電纜上傳遞，也就是說所有頻率的信號都會在同一根線纜上傳輸，而由于高頻部分包含了色彩信號，這會對原來的決定清晰度和細節(jié)的那部分高頻信號帶來干擾，這樣做的后果是，視頻的清晰度會下降。聯(lián)系實際，我們常?？梢园l(fā)現(xiàn) ，黑白攝像機的清晰度要好于彩色攝像機，彩轉(zhuǎn)黑攝像機在同樣條件下轉(zhuǎn)黑白模式后要更清晰一些。如果我們留意產(chǎn)品資料上彩轉(zhuǎn)黑攝像機的參數(shù)，就會注意到，黑白狀態(tài)下的線數(shù)標(biāo)稱要比彩色狀態(tài)下的線數(shù)高一些。

　　關(guān)于紅外校正鏡頭

　　自然界中不單有可見光，還有紅外光，只是紅外光人眼是無法感知的，但是攝像機的感光器件卻可以對紅外光進行成像。紅外線參與成像，可以有效提高攝像機的靈敏度，但是對攝像機的鏡頭是有要求的。如果攝像機上安裝的是普通鏡頭，眾所周知，紅外光和可見光經(jīng)過普通鏡頭后成像的焦點是不同的，此時，由于濾光片的作用，紅外線不參與成像。而我們在調(diào)試攝像機時，一般是在可見光充足的條件下，對鏡頭的聚焦調(diào)試是以可見光為準(zhǔn)的，由于可見光與紅外光通過普通鏡頭后折射率的不同，如果聚焦以可見光為準(zhǔn)，那么紅外光參與成像時所成的圖像就會模糊，這樣造成的后果就是一旦紅外線參與成像，如果采用的是普通鏡頭，那么不管彩色或者黑白模式，視頻都會變模糊些。為了解決這個問題，一種方法就是采用紅外校正鏡頭，紅外校正鏡頭通過鏡頭鍍膜技術(shù)和鏡片研磨工藝保證了對可見光和紅外光成像點的統(tǒng)一。這樣一來，無論什么情況下，都能得到聚焦清晰的圖像。

　　某些項目中，攝像機沒有安裝紅外校正鏡頭，結(jié)果明明白天調(diào)試聚焦是清晰的，結(jié)果晚上就顯得模糊了，這里面有景深的因素，也有紅外光成像偏離焦點的因素。如果整個畫面都模糊了，基本上是紅外光偏焦的問題，如果只是一部分原來清楚的物體變得模糊，則有可能與景深有關(guān)。

　　以下的討論都在假設(shè)攝像機使用紅外校正鏡頭的基礎(chǔ)上進行。

　　簡易彩轉(zhuǎn)黑攝像機和真正的彩轉(zhuǎn)黑攝像機

　　攝像機的CCD或者CMOS(以下簡稱為感光器件)都是不單可以感受可見光，還可以感受紅外光。自然界中紅外光也是普遍存在的，紅外光在攝像機里參與成像有利有弊。紅外線是沒有顏色的，攝像機對紅外線的成像是黑白色的，如果此時攝像機同時對可見光成像，且處于彩色狀態(tài)，那么黑白視頻和彩色視頻疊加在一起，會造成原來彩色圖像的偏色，畫面會偏藍偏紫，所以在光線充足的情況下，我們是不希望紅外線參與成像的，所以，在攝像機傳感器之前和鏡頭之后，都會設(shè)置一塊紅外濾光片，這塊濾光片可以是固定的，也可以是可移動的。

　　白天可見光充足，攝像機處于彩色模式下，輸出彩色圖像，為保證色彩逼真，紅外濾光片必須擋在感光器件前面，把紅外光濾除掉，不讓紅外線參與成像。但是在夜間或者可見光不足的情況下，可見光成像效果變差了，此時，我們是希望紅外線能參與成像，提高視頻效果。所以在這種情況下，必須允許紅外線進入攝像機，即將濾光片從感光器件前移開，使紅外線能參與成像。但是此時，是否還要繼續(xù)保持彩色模式呢?當(dāng)然可以繼續(xù)保持彩色模式，但是帶來的代價是清晰度不高(與黑白視頻相比)、視頻偏色 。但是這樣做也有好處，就是視頻即使是偏色的，但畢竟還是彩色的，其信息量和參考價值要大于黑白視頻。另一種選擇就是為了避免偏色造成的不適感，在可見光不足時，將攝像機處于黑白工作模式，這樣做雖然喪失了色彩信息，但是提高了清晰度，盡管這種提升可能很有限。在將攝像機切換至黑白模式的同時，將紅外濾光片移開，讓紅外線參與成像，這意味著進入攝像機傳感器的光(紅外光)增加了許多，畫面亮度可以得到有效提升。由于濾光片移開后，紅外線能參與成像，所以如果我們注意彩轉(zhuǎn)黑攝像機的照度參數(shù)，就可以發(fā)現(xiàn)，攝像機在黑白模式下的低照度性能一般都比在彩色模式下有數(shù)量級的提升。 如圖1所示。

　　如果濾光片是固定不可移動的，那么這種日夜型攝像機就是簡易彩轉(zhuǎn)黑攝像機。簡易彩轉(zhuǎn)黑攝像機也可以在光照不足時轉(zhuǎn)成黑白模式，但是此種攝像機的紅外濾光片是固定在感光器件前面的，也就是說，即使在光照不足的情況下，紅外光也無法進入攝像機內(nèi)部，也不能參與成像，在光照不足的情況下，攝像機只是轉(zhuǎn)為黑白模式，這個轉(zhuǎn)換只能稍微提升一些清晰度，沒有低照度效果上的明顯提升，如果留意簡易彩轉(zhuǎn)黑攝像機的產(chǎn)品參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，此種攝像機在黑白或者彩色模式下，照度參數(shù)沒有明顯的提升，處于同一個數(shù)量級。

　　如圖2所示。

　　顯然這種攝像機無法配合紅外燈使用，其轉(zhuǎn)黑白模式的意義也非常有限。

　　我們將那些紅外濾光片可以根據(jù)光線充足與否適當(dāng)切換，使紅外線能參與成像，以至于對攝像機的低照度效果有實質(zhì)提升的攝像機稱之為彩轉(zhuǎn)黑日夜型攝像機，簡稱彩轉(zhuǎn)黑攝像機，這是真正意義上的彩轉(zhuǎn)黑日夜型攝像機。而簡易型彩轉(zhuǎn)黑攝像機特指那些濾光片無法切換的彩轉(zhuǎn)黑攝像機。

　　彩轉(zhuǎn)黑攝像機的工作機制彩轉(zhuǎn)黑攝像機的紅外濾光片是如何根據(jù)外界光照情況來自主切換的呢?我們必須了解彩轉(zhuǎn)黑攝像機的工作原理。

　　為了保證視頻輸出的效果，攝像機內(nèi)部一般都有對視頻信號進行處理的芯片(DSP)，如果要對視頻信號進行處理，必須把感光器件采集到的模擬原始視頻信號(不同于攝像機最終輸出的信號，最終輸出的信號是經(jīng)過處理后的視頻信號)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，數(shù)字信號進入視頻信號處理芯片進行各種效果的優(yōu)化以及調(diào)節(jié)。視頻處理芯片一般內(nèi)部集成某些算法，用以實現(xiàn)寬動態(tài)效果，提升低照度效果等。涉及到提升低照度效果時，通常會使用自動增益控制電路AGC。

　　自動增益控制電路是一個動態(tài)調(diào)節(jié)視頻效果(主要是信號幅度)的電路。當(dāng)光照充足時，原始的視頻信號幅度足夠，此時即使將AGC功能開啟，此電路也不起作用，不對視頻進行信號放大處理。隨著光照條件的惡化，攝像機感受到的原始視頻信號幅度越來越低，此時，AGC自動增益電路就開始起作用了，其放大視頻幅度，使畫面變亮，由于只是對信號進行放大處理，所以原始信號中的噪聲信號也將同時被放大。在光照充足時，視頻信號中的有用部分與噪聲部分相比要大許多，在視頻中基本看不到噪聲，但是在光照不足時，視頻信號幅度下降得很快，此時有用信號的幅度和噪聲信號就處于可比較的層次上，此時如果對整個視頻信號進行放大，則有用部分和噪聲部分同時被放大了，原本不明顯的噪聲被放大后就很明顯了，反映在視頻上就是畫面亮度有明顯的提升，但是噪點也將變得明顯，并且隨著增益倍數(shù)的提升越發(fā)明顯。

　　需要注意的是，自動增益控制功能一定要處于開啟或者使能狀態(tài)，在這種情況下，此增益電路才可以根據(jù)原始視頻亮度來動態(tài)地選擇增益的倍數(shù)，隨著光照條件的下降，增益倍數(shù)是在相應(yīng)地增加，當(dāng)光線充足時，即使此增益電路處于使能狀態(tài)，也不會工作，所以，不會使本來就很好的視頻變得更亮。

　　如果AGC功能處于關(guān)閉狀態(tài)，即使光照條件很差，畫面亮度也不會有提升，畫面很暗，但是由于沒有對信號進行放大，所以不會有明顯的噪點。

　　然后，攝像機的彩色黑白模式到底是根據(jù)什么來切換的呢?普通攝像機沒有眼睛，沒法分辨白天黑夜或者光線狀況是否良好，但是可以根據(jù)一些間接的條件來做出判斷。在上述過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)自動增益功能開啟時，增益的倍數(shù)其實是可以間接反映出原始視頻信號幅度，進而間接反映出外界環(huán)境光照度的大小。讓我們以白天和黑夜為例來理順這一過程。

　　白天光照充足的環(huán)境下，攝像機采集的原始視頻亮度已經(jīng)足夠，即使AGC處于工作狀態(tài)下，增益值也很小，甚至沒有，隨著光照條件的不斷下降，原始視頻幅度也隨之下降，隨著原始視頻幅度的下降，自動增益電路的動態(tài)調(diào)節(jié)作用開始發(fā)揮作用，增益倍數(shù)隨著原始視頻幅度的下降而逐漸提升，放大視頻信號，導(dǎo)致攝像機最終輸出的視頻維持在一個合適的亮度上。

　　在這個過程中，隨著外界光照條件的不斷下降，增益的倍數(shù)是在隨之不斷提升的，所以說，增益電路的放大倍數(shù)是可以間接反映出外界環(huán)境的情況，只是二者呈現(xiàn)反比關(guān)系，當(dāng)增益值上升到某個數(shù)值時，我們就可以認為，此時光照不良，需要通過攝像機本身的CPU發(fā)出指令將紅外濾光片移開，使紅外線能進入攝像機參與成像了，當(dāng)增益值下降到某個值，我們就可以認為，此時光照充足，可見光足夠，紅外線不需要再參與成像了，免得畫面亮度過高。

　　攝像機是否處于黑白或者彩色模式和上述過程沒有必然聯(lián)系，只是在長期的實踐過程中，為了避免紅外線參與成像導(dǎo)致的模糊以及偏色問題，幾乎所有的攝像機生產(chǎn)商，都做了如下聯(lián)動處理：濾光片的切換帶動攝像機色彩模式的切換。當(dāng)濾光片處于感光器件前時，攝像機處于彩色模式，紅外線不參與成像，畫面不會偏色;而當(dāng)濾光片從感光器件前移開時，紅外線參與成像，為避免偏色現(xiàn)象，攝像機轉(zhuǎn)換為黑白模式，提供清晰的黑白視頻。

　　濾光片是否移開，則是由光照是否充足決定的，而光照是否充足則由AGC電路的增益數(shù)值來間接反映的。

　　綜上所述，AGC自動增益電路的增益值將決定濾光片的切換動作，進而決定彩轉(zhuǎn)黑攝像機的彩色或黑白狀態(tài)。換句話說，攝像機是根據(jù)自動增益的數(shù)值來決定自身處于何種色彩狀態(tài)的，如果AGC電路不起作用，彩色黑白的狀態(tài)轉(zhuǎn)換就會失去誘因和依據(jù)。再回到實際中，如果留心，你會發(fā)現(xiàn)，彩轉(zhuǎn)黑攝像機如果把自動增益功能關(guān)閉，則自動彩轉(zhuǎn)黑功能就不再起作用了，攝像機將固定處于彩色或者黑白狀態(tài)(如圖3)。

　　一體式紅外機

　　市場上有一種紅外一體化攝像機，如圖4所示。

　　這種攝像機的彩轉(zhuǎn)黑原理和上述彩轉(zhuǎn)黑攝像機有較大的不同。紅外一體化攝像機內(nèi)置了紅外燈陣列，如果仔細觀察，可以在紅外燈陣列的下方位置找到一個特殊的器件——光敏電阻(箭頭處)。這個光敏電阻就是紅外一體化攝像機是否彩轉(zhuǎn)黑的依據(jù)。

　　光敏電阻是一種能根據(jù)可見光亮度相應(yīng)地變化阻值的特殊電阻，在可見光充足時，光敏電阻的阻值會變得最小，但不會是0歐姆，而大致是十幾歐姆;當(dāng)可見光逐漸稀少時，光敏電阻的阻值會逐漸變大，當(dāng)完全沒有可見光時，阻值會變得很大，類似于開路。如果我們把阻值的變化值(十幾~∞)等效為0到100的一系列值，就能很方便來設(shè)定彩轉(zhuǎn)黑的閥值了。

　　與前述彩轉(zhuǎn)黑攝像機不同的是，紅外一體化攝像機中的光敏電阻檢測的光照的變化是一個客觀的值，光敏電阻的阻值是可以真實直接地反映出外界的光照情況。彩轉(zhuǎn)黑攝像機只能依靠AGC的增益倍數(shù)來間接反映出外界光照情況，而紅外一體機的光敏電阻，更像人的眼睛，顯然，用光敏電阻來作為攝像機彩色黑白轉(zhuǎn)換的依據(jù)會更合適些，只是彩轉(zhuǎn)黑的閥值需要仔細設(shè)定。

　　實際上，紅外一體機的彩轉(zhuǎn)黑原理也正是如此。

　　當(dāng)外界光照狀況下降時，光敏電阻的阻值逐漸增大，當(dāng)超過設(shè)定的閥值時，攝像機會執(zhí)行3個動作：1、開啟紅外燈，為被拍攝物體補光;2、紅外濾光片從感光器件前移除，保證補充的紅外光以及自然界的紅外光經(jīng)被攝物體反射后能夠進入攝像機成像;3、把攝像機的色彩狀態(tài)從彩色切換成黑白，同樣，是否進行彩色切換是可以選擇的，如果轉(zhuǎn)成黑白狀態(tài)，則可以避免彩色狀態(tài)下的紅外光偏色以及提高清晰度。鑒于此，幾乎所有用戶都選擇切換為黑白狀態(tài)。

　　紅外一體攝像機的色彩模式完全由光敏電阻的阻值來決定，相對客觀，不受其他因素的影響。

　　前面說了這么多，都是為了解釋下面的問題做鋪墊。

　　彩轉(zhuǎn)黑日夜型攝像機機和外部紅外燈的配合問題

　　普通的彩轉(zhuǎn)黑攝像機在處于黑白模式時，且彩轉(zhuǎn)黑模式處于自動模式(AUTO)下時可以對自然界已有的紅外光成像，提高靈敏度，提高低照度的效果，但是不能增加紅外補光燈，如果和外部的紅外補光燈配合，則很可能會出現(xiàn)彩色黑白狀態(tài)反復(fù)切換的情況。原因如下。

　　我們首先必須明確，彩轉(zhuǎn)黑攝像機處于自動切換模式時，是否切換的決定因素是AGC的增益值，而不是外界客觀的光照情況。

　　白天，光照充足時，攝像機處于彩色模式，紅外濾光片擋在感光器件前面，紅外線不參與成像，此時攝像機輸出的是亮度正常，色彩逼真的彩色視頻，隨著光照情況的下降，AGC電路逐漸開始發(fā)揮作用，不斷增大信號放大倍數(shù)，以維持輸出信號在一個正常的幅度，當(dāng)AGC值超過預(yù)設(shè)的閥值時，攝像機認為此時外界光照不足，已經(jīng)需要紅外光參與成像，攝像機此時會執(zhí)行下列動作：1、移除感光器件前面的紅外濾光片，讓紅外線進入攝像機;2、將攝像機的色彩轉(zhuǎn)為黑白模式，輸出黑白的清晰的圖像。如果此時增加外部紅外補光燈，則被攝物體照度迅速增加，導(dǎo)致AGC的增益倍數(shù)相應(yīng)下降，當(dāng)降到某個預(yù)設(shè)的閥值時，攝像機認為外界光照是充足的，可以認為已經(jīng)到了白天，此時需要輸出的是彩色的圖像，此時攝像機會恢復(fù)紅外濾光片的作用，同時切換為彩色模式，由于此時被攝物體反射的主要是紅外補光燈產(chǎn)生的紅外光，這部分光又將被紅外濾光片擋在攝像機外面，這又造成了被攝物照度急劇下降，導(dǎo)致AGC值迅速上升，超過預(yù)設(shè)閥值后，攝像機又會認為此時處于黑夜?fàn)顟B(tài)，必須允許紅外線參與成像，同時將攝像機切換為黑白狀態(tài)，如此反復(fù)，造成了攝像機在彩色和黑白之間來回切換。那么彩轉(zhuǎn)黑攝像機是否可以和外部紅外補光燈配合使用呢，應(yīng)該是可以的，但是需要注意下列幾個原則。

　　1、使用的彩轉(zhuǎn)黑攝像機必須具備外部輸入信號切換彩轉(zhuǎn)黑功能。攝像機的彩轉(zhuǎn)黑選擇不能只有自動模式(AUTO)，必須具有外部輸入信號切換模式(EXT)，如圖5所示的某款彩轉(zhuǎn)黑攝像機的菜單。

　　2、所使用的紅外補光燈在開啟或者關(guān)閉時，必須能輸出開關(guān)量信號供彩轉(zhuǎn)黑攝像機切換。

      3、紅外補光燈輸出的開關(guān)量信號的類型必須和彩轉(zhuǎn)黑攝像機內(nèi)部的外部輸入信號類型符合，如圖6所示的某款攝像機的外部輸入信號類型要求。

　　此款攝像機雖然支持外部輸入信號來切換色彩狀態(tài)，但是要求外部輸入信號類型必須是個常開的開關(guān)量信號，即白天光照充足，紅外燈關(guān)閉時，紅外燈送出的信號一定是常開的，當(dāng)晚上光照不足時，紅外燈開啟，此時常開信號要閉合，即短路，攝像機切換至黑白狀態(tài)。

　　當(dāng)然最理想的狀態(tài)是紅外燈輸出的開關(guān)量信號類型可選擇，攝像機內(nèi)部要求的切換信號類型也可選擇。

　　至少滿足了上述要求，彩轉(zhuǎn)黑攝像機才能實現(xiàn)和外部紅外補光燈完美配合。最后，再回到文章開頭的那個實際案例，攝像機廠家的技術(shù)人員最終建議集成商更換了可以輸出開關(guān)量信號的紅外燈，算是較好地解決了這個問題。

　　日夜型彩轉(zhuǎn)黑攝像機和外部紅外補光燈配合使用的例子不是很多，所以本文描述的問題可能大多數(shù)同行都沒有遇到過，希望本文能給讀者一個有益的提醒，當(dāng)然對于了解攝像機的工作原理也是有好處的。