何以成就“一體化”

　　在談論一體化攝像機之前，有必要重申下一體化攝像機的定義，那就是將機身與鏡頭集成在一起，同時具備變倍與自動對焦功能的攝像機，嚴格來說，照這個定義來講，球型攝像機可算是一體化攝像機了，但業(yè)界的普遍共識是球型攝像機不包括在一體化攝像機內，也因此，本文所要談論的內容也不將球型攝像機囊括在內。

　　由之前的敘述可知，一體化攝像機與常見的槍型攝像機并無本質上的不同，無非就是增加了具變倍與快速聚焦功能的鏡頭，也因此它的結構相對槍型攝像機而言會稍顯復雜，一般由曲面鏡片、步進電機驅動、光電圖像處理主控板、自動變倍聚焦鏡頭、支架、機芯CCD控制板等幾個關鍵部分組成(圖1)。其運作過程大體可歸結為：光線經由鏡頭進入攝像機的核心部件傳感器上，但在進入傳感器之前，還需經歷兩個過程，其一是進行光學變倍，光學變倍的目的在于對監(jiān)控視野的掌控，如選擇對遠處景物的監(jiān)控時需選擇大的光學變倍，但此時的監(jiān)控視野范圍會較窄，而對近物的監(jiān)控時當然是選擇光學變倍較小甚至0變倍，此時的監(jiān)控視野會較大，適合對大范圍近距離的安全監(jiān)控應用;其二是在光學變倍后，一體化攝像機還需經歷一個自動聚焦的過程，聚焦的過程永遠在光學變倍之后方能開展，因為聚焦需要一個相對穩(wěn)定的畫面，倘若一體化攝像機一直在各種光學變倍間來回切換或者攝像機本身一直在抖動，那么想得到清晰的監(jiān)控畫面是相當困難的，除非攝像機自身具備光學防抖功能，嚴格來說，即便是光學防抖功能的加入，也只是在輕微抖動或者有規(guī)律的抖動下方能見出成效，面對大幅度、無規(guī)則的抖動時依然是無計可施。在經歷了這兩個過程后，此時光學清晰的圖像到達了一體化攝像機的傳感器上將光信息轉化為電信息，編碼壓縮后經過網絡進行傳輸，在到達后端設備后還需進行電/光轉換及解碼處理方能在監(jiān)視端顯示畫面，此便是一體化攝像機的整個運作過程，從中我們可以窺見，其與槍型攝像機的運作過程基本無異。

　　畫質“決定論”

　　在一體化攝像機的設計及生產制造過程中，其監(jiān)控質量(如清晰度、色彩、延遲、碼流控制、低照度、寬動態(tài)等)要受到哪些因素的影響呢?“一體化攝像機的監(jiān)控素質主要受Senor、芯片解決方案及圖像處理技術的影響，如果Senor和芯片解決方案確定后，那么決定一體化攝像機監(jiān)控素質的便主要是圖像處理技術了。”杭州?？低晹底旨夹g股份有限公司技術支持工程師童振華在面對筆者上述問題時如此回答。那么一體化攝像機詳細的監(jiān)控素質會受到哪些因素的影響呢?在此，筆者不妨對其稍作深度闡述。

　　清晰度：清晰度對監(jiān)控的重要性不言而喻，其直接體現出監(jiān)控畫面細節(jié)的豐富性，關鍵的性能指標是像素值，通常所言的200萬或300萬便是指此，在像素值相同時，決定清晰度表現的主要為鏡頭品質及傳感器，高品質的鏡頭從其中心清晰度到邊緣清晰度的折損會較小，品質差的鏡頭則相反;而傳感器的差距則主要體現在感光面積及信噪比等方面，此外像碼流、寬動態(tài)范圍、編碼壓縮方案等因素亦會對清晰度造成影響;

　　碼流：其主要受到編碼壓縮算法方案的限制，碼流的作用主要體現在網絡帶寬與存儲上，也就是說在保證圖像清晰流暢的基礎上，找到一個恰如其分的值，使得其既能節(jié)省網絡帶寬亦能節(jié)省存儲容量。當碼流過高時，畫面雖能保證清晰順暢，但對網絡帶寬及存儲造成太大壓力，一旦大規(guī)模應用，成本將成為用戶不能承受之痛;而碼流過低則會降低畫面清晰度，使其呈現馬賽克現象。值得慶幸的是，或今明年，采用H.265編碼壓縮方式的產品很可能大規(guī)模批量上市，相對目前的H.264，H.265可用一半的帶寬即可達成與其相同的監(jiān)控效果，屆時對帶寬與存儲的需求皆會降低50%左右，這不但可大大節(jié)約成本，對高清監(jiān)控的廣泛普及亦起到良好的促進作用;

　　色彩：在談論色彩前，先談談白平衡，白平衡是描述顯示器中紅、綠、藍三基色混合生成后白色精確度的一項指標，最通俗的理解就是讓白色所成的像依然為白色，這里又不得不提及色溫這個概念，何為色溫?簡單地說就是定量地以開爾文溫度來表示色彩，不同的顏色可用不同的溫度來表示，我們在攝像機的IE設置界面通常可看到自動白平衡與手動白平衡的選項，其中手動白平衡就是針對當前環(huán)境的現狀，通過調節(jié)，使當前的環(huán)境與其相應的色溫吻合，從而讓顯示器呈現出準確的色彩來。此外，一些知名廠商通常會有自己獨特的色彩風格，比如索尼產品的色彩通常比較濃郁，較為養(yǎng)眼;尼康產品的風格通常平實，準確，不會有太多的加工成分;

　　灰階：灰階代表了由最暗到最亮之間不同亮度的層次級別，這中間層級越多，所能夠呈現的畫面效果也就越細膩，其主要受到傳感器的動態(tài)范圍、寬動態(tài)算法和性能的影響，灰階等級越高，其在強光、背光等特殊環(huán)境下的監(jiān)控效果便越好;

　　延遲：對延遲構成影響的主要為碼流、網絡以及編碼算法。碼流越低，延遲越少;網絡越慢，延遲越長;編碼壓縮算法越先進，延遲亦越少。此外測試計算機本身的性能亦會對延遲構成影響。延遲主要影響到畫面的實時性以及平臺或客戶端相應控制的速度和效率;

　　低照度：一體化攝像機的低照度表現主要受鏡頭、傳感器、降噪算法的影響，鏡頭對其的影響主要體現在通光量，即鏡頭的最大光圈，這點不難理解;傳感器則是其感光器件的靈敏度會對低照度成像形成影響。在攝像機的像素值確定后，傳感器的尺寸越大，那么其單位像素的感光面積便越大，靈敏度就越高，對光線便越敏感，低照度下的成像質量自然會更好了。此外可在軟件方面提升低照度效果，如2D、3D降噪算法，幀累積技術等，由于安全事故多數發(fā)生在光線不佳條件下，攝像機的低照度性能將會越來越受重視，各大廠商在其上亦是發(fā)力頻頻;

　　寬動態(tài)：寬動態(tài)一般是通過同一時間兩次曝光，一次快，一次慢，然后進行合成，使場景中明與暗的部分皆得以清晰顯示。其主要受到兩方面的影響，其一是傳感器，其影響在于前面所述的兩次曝光，毫無疑問，這兩次曝光后的圖像畫質表現主要受到傳感器的影響;其二是寬動態(tài)算法，寬動態(tài)算法的影響主要在于兩次曝光之后的圖像合成上，前述的兩次曝光中，快的曝光主要在于摘取畫面中較為明亮位置的圖像(此時較暗部分的圖像往往會是漆黑一片)，而慢的曝光則是為摘取畫面中較暗部分的圖像(此時較亮部分的圖像往往是處于過曝狀態(tài)，細節(jié)會被白光掩蓋)，寬動態(tài)算法經過比較權衡后，將兩次曝光所產生的有效部分的畫面進行合成，形成明與暗皆能清晰呈現的畫面，其運作過程大體如此，由此可知，寬動態(tài)主要應用于前后景明暗反差較大的場景中。

　　上述我們較詳細的探討了影響一體化攝像機畫質的各種因素，那么要提升其畫質表現是不是從這些方面下手就萬事大吉了呢?非也!“一體化攝像機的監(jiān)控素質由傳感器、機芯鏡頭、ISP算法、編碼技術甚至結構品質共同決定。傳感器決定了感光能力、動態(tài)范圍等;鏡頭決定了焦距、光圈、清晰度等;ISP用于對3A、噪聲等的處理;編碼決定了碼流帶寬、延遲等;品質結構又會對其一致性、平整度及可靠性提供保障。”來自浙江宇視科技有限公司高級產品經理管蓓如是說，“圖像是個綜合工程。”管蓓再次強調!

　　提升一體化攝像機的監(jiān)控素質，絕非按上述的方式進行羅列便可，需要對各項性能參數進行綜合考量，而非將各項參數堆積成最高便可得出最佳監(jiān)控素質來，比如就高幀率與寬動態(tài)這兩項而言，魚與熊掌，是很難兼得的，二者需要舍棄一個方能成就另一個了。

　　差異與優(yōu)勢

　　現在我們將一體化攝像機與常規(guī)的槍型攝像機來展開比較，看看二者具體的差異體現在哪里，以及二者各自所具備的優(yōu)勢是什么。就結構而言，一體化攝像機比槍機多了一個具變倍與聚焦功能的鏡頭，那么它們最本質的差異自然就體現在這兩個方面了。一體機具備變倍和快速聚焦功能，這意味著其在安裝和調試上比槍機更靈活，有效監(jiān)控的距離亦更大;再者由于集成度較高，一體化攝像機相對槍機要顯得更加迷你小巧;但一體機有一個較為致命的缺陷，那就是其鏡頭不可更換，因此，一體化攝像機的壽命相對槍型攝像機要短，一旦鏡頭損壞，則需要整機更換，而槍型攝像機只需更換鏡頭即可，當然在使用壽命上，二者皆還跟其自身的元器件構造、制作工藝及安裝環(huán)境等相關了。

　　不可更換鏡頭的缺陷亦導致同期的一體化攝像機與槍型攝像機在某些特定的焦距段上的畫質比拼中處于下風，“一體機在廣角段(2.8-5mm)和長焦段(150mm以上)沒有特別好的解決方案，另外，由于機芯鏡頭產業(yè)鏈的技術限制，即使同焦段覆蓋中，一些特性(比如更大光圈、MTF值等)的優(yōu)化不如槍機可以選配的高端C/CS鏡頭。”宇視科技高級產品經理管蓓說。這點跟相機產業(yè)一樣，那些不可更換鏡頭的相機素質多數是比不過可更換鏡頭的相機，因為鏡頭對畫質的影響頗為關鍵。也因此，“高像素的傳統(tǒng)攝像機的發(fā)展速度比一體化攝像機要快。”?？低暭夹g支持工程師童振華如此表示。

　　外國的月亮更圓嗎

　　中國安防業(yè)一直在以驚人的速度發(fā)展著，安防這塊蛋糕亦是越做越大，面對具備13億人口的龐大市場，任何一家國際知名品牌都在心動的同時亦伴隨著行動。那么就一體化攝像機而言，國際國內是怎樣一番風景呢?是否就是冰火兩重天?非也非也!“在一體化攝像機領域，國際品牌與國內品牌各有特色，前者更注重圖像或視頻質量的好壞，而后者在追求圖像或視頻質量的同時，加入了更多輔助功能，如視頻質量診斷、移動偵測等智能分析功能，至于性能及設計上已沒有明顯差距。”金三立視頻科技(深圳)有限公司售前工程師向中記對筆者如此表示。

　　國內品牌在經過相當長一段時間的技術沉淀與殘酷的國內市場洗禮后，在產品的圖像功能、產品性能以及外觀設計上正如金三立售前工程師向中記所言，其與國際品牌已經較為相近，在某些方面甚至實現了超越。國內品牌更加關注市場趨勢及用戶需求，一旦市場發(fā)生改變后，國內品牌的反應往往非常迅速，而在產品的定制化應用方面比國際品牌走得更遠，再加上國內品牌具備的價格優(yōu)勢，民族品牌完全不用妄自菲薄。但在滿懷信心的同時亦需正視自身的弱點，即在一些核心的技術應用方面，國內品牌依然缺乏主導權，正如?？低暭夹g支持工程師童振華所言：“國內廠商在最關鍵的傳感器技術上并沒掌握話語權，而國際品牌多年積累下來的品牌效應，和國內品牌相比依然存在較大的優(yōu)勢。”對國內品牌而言，逸仙先生所言甚是，革命尚未成功，同志仍需努力!謹以此言與國內品牌共勉之!

　　結語

　　一體式攝像機的應用范圍其實是相當廣泛的，其可代替大部分的槍型攝像機、半球型攝像機的應用場景，而配合云臺后，替代球型攝像機亦無問題，但這替代是把雙刃劍，反過來亦可被對方替代，因此體現一體化攝像機獨特價值的應用場景并不多，這導致一體化攝像機的處境頗為尷尬，事實是一體化攝像機更多被廠家拿去做集成開發(fā)，組裝成云臺攝像機或球機了。

　　但隨著技術的發(fā)展，在變倍與自動聚焦的優(yōu)勢充分發(fā)揮時，一體式攝像機依然可能成為主流應用，比如小倍數機芯一體機完全可取代手動變焦筒機;而在突破200mm的長焦及加入防抖技術后，配合云臺的一體式攝像機取代高點云臺也不是沒有可能的，相信屆時其完全可突破目前尷尬的“半成品”角色，主演更多的安防應用。

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　　淺析一體化攝像機的應用前景