近年來，伴隨CCD和DSP技術(shù)的日趨進(jìn)步，低照度攝像機(jī)雖然日趨成熟穩(wěn)定，并在不少領(lǐng)域中使用，但行業(yè)專家認(rèn)為低照度攝像機(jī)并非是市場(chǎng)主流，只有在一些特定的情況下被應(yīng)用，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(jī)才能發(fā)揮作用。所為何故?目前低照度攝像機(jī)發(fā)展遭遇哪些困境?如何才能實(shí)現(xiàn)破繭成蝶?

　　曲高和寡

　　2011年作為“十二五”開局之年，中國(guó)安防行業(yè)發(fā)展將依舊波瀾壯闊。據(jù)了解，除了直接投資近1000億元的全國(guó)城市報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)試點(diǎn)工程(即“3111”試點(diǎn)工程)進(jìn)入整體推進(jìn)階段外，安防在高鐵建設(shè)、高速公路建設(shè)、地鐵城軌、城市智能交通、校園監(jiān)控、社區(qū)家庭等細(xì)分行業(yè)中的需求也在增長(zhǎng)。此外，大型活動(dòng)帶動(dòng)的需求同樣不容忽視，即將迎來8月12日第26屆世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)的深圳，其供大運(yùn)會(huì)使用的智能交通系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和安保系統(tǒng)等，就將投入30多億元。

　　然而，作為前端監(jiān)控的一份子——低照度攝像機(jī)并沒有跟上安防的大跨步節(jié)奏。據(jù)Cantronic Systems市場(chǎng)營(yíng)銷執(zhí)行副總裁Jon Chynoweth稱，就全球市場(chǎng)來看，低照度攝像機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模僅有3億美元左右，這些攝像機(jī)也主要用于特殊場(chǎng)合或者偏遠(yuǎn)區(qū)域，如一些機(jī)要區(qū)域、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、化工廠、邊檢控制、港口入境和邊防。

　　尋根認(rèn)祖

　　除了最原始的增加補(bǔ)光燈或紅外燈、選用大靶面CCD(該方法百萬像素?cái)z像機(jī)普遍采用)外，長(zhǎng)期來改善低照度成像效果的手段不外乎下面幾種。

　　選用高靈敏度CCD，目前攝像機(jī)大多采用兩大系列CCD, 一是索尼的SUPPER HAD CCD 系列，另一是索尼的EX-VIEW HAD CCD 系列。EXVIEW HAD CCD將CCD 每一像素的開口率提高，進(jìn)而達(dá)到更低照度。技術(shù)資料介紹EXVIEW HAD CCD的低照效果是 SUPPER HAD CCD 的4~6 倍，實(shí)際上確實(shí)有提升;

　　· 彩轉(zhuǎn)黑技術(shù)，目前采用這一技術(shù)甚多，可配合使用紅外燈。轉(zhuǎn)換技術(shù)有兩種，一是采用紅外濾光片和切換電路來進(jìn)行彩色/黑白轉(zhuǎn)換;另一種利用電子電路將彩色信號(hào)濾除掉，無需紅外濾光片。高端彩轉(zhuǎn)黑攝像機(jī)多采用前一種切換技術(shù)，以保證顏色還原度和清晰度;

　　· 幀累積(慢快門)技術(shù)，但慢快門的啟動(dòng)使得圖像實(shí)時(shí)性變差，造成嚴(yán)重的拖尾現(xiàn)象，所以只適用于靜態(tài)場(chǎng)所的監(jiān)視，不宜監(jiān)控目標(biāo)移動(dòng)速度較快的場(chǎng)合;

　　· 數(shù)字降噪技術(shù)，從一些高檔低照攝像機(jī)的數(shù)字降噪表現(xiàn)來看，能在低照的噪點(diǎn)過多的情況下(特別是AGC啟動(dòng)時(shí))，較好地改善圖像的潔凈度和清晰度，從而提升低照成像效果，但很多攝像機(jī)在降噪功能啟動(dòng)后還是會(huì)出現(xiàn)拖尾和動(dòng)畫感問題。

　　從上述簡(jiǎn)單羅列，可歸納出提升低照度下成像效果的途徑主要還是從兩方面入手：一是提高CCD自身性能;二是增加內(nèi)部軟硬件的圖像處理能力。

　　遭遇軟肋

　　近年來，低照度攝像機(jī)盡管已有長(zhǎng)足進(jìn)步，但隨著應(yīng)用要求的不斷提高，或說用戶日益的“挑剔”，也暴露出種種弊端，并制約著其進(jìn)一步發(fā)展，這主要表現(xiàn)在感光器件靈敏度還不能真正滿足全天候監(jiān)控的需求、產(chǎn)品價(jià)格的劣勢(shì)，以及需求本身的強(qiáng)度不高。所以說，靈敏度、價(jià)格、需求強(qiáng)度便成了其阻礙壯大的軟肋。

　　感光器件靈敏度

　　感光器件在近幾年雖然發(fā)展迅速，但仍然與人們的期望值有較大的差距。浙江大華技術(shù)股份有限公司產(chǎn)品中心產(chǎn)品經(jīng)理江用也表示，從技術(shù)上來看制約低照度攝像機(jī)發(fā)展的最主要的因素仍是感光器件的靈敏度。如果感光器件的靈敏度不夠高，在非常微弱的自然光且不借助其他光源的情況下就會(huì)導(dǎo)致圖像噪點(diǎn)增多、清晰度不高、層次感不強(qiáng)。感光器件性能不穩(wěn)定將導(dǎo)致攝像機(jī)對(duì)被攝物體的細(xì)節(jié)分辨能力下降。所以，為了在底光照環(huán)境下也能獲得較理想的圖像效果，采用“超感度”的低照CCD是提高攝像機(jī)低照度性能、獲得理想圖像效果的最關(guān)鍵因素。

　　價(jià)格劣勢(shì)

　　其次是產(chǎn)品價(jià)格。神州數(shù)碼(中國(guó))有限公司AMPON事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理蘭柳表示，低照度攝像機(jī)器件品質(zhì)選擇要比普通攝像機(jī)高，還會(huì)應(yīng)用一些獨(dú)特的技術(shù)來進(jìn)一步提升低照度性能，因此低照度攝像機(jī)的成本較高。因?yàn)椴粌H需要采用低照度性能優(yōu)秀的CCD，而且在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，要有專門的低照度電路，并采用ICR機(jī)械彩轉(zhuǎn)黑(即步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙濾光片設(shè)計(jì))等。再者，低照度攝像機(jī)的核心器件超感度CCD依然被索尼等幾家半導(dǎo)體巨頭壟斷，所以，產(chǎn)品價(jià)格仍舊居高不下。

　　此外，其他監(jiān)控?cái)z像機(jī)對(duì)低照度產(chǎn)品也有一定的影響，如紅外一體機(jī)。實(shí)際上這兩種產(chǎn)品是互相補(bǔ)充的關(guān)系。一般地，紅外一體機(jī)定位在中低價(jià)位，而低照度攝像機(jī)成本較高，占據(jù)中高價(jià)位。這樣就使得既可以選擇紅外一體機(jī)，也可以選擇低照度攝像機(jī)的場(chǎng)合，用戶又沒有專門要求時(shí)，如果預(yù)算不足，用戶往往會(huì)更傾向于采用價(jià)格更低廉的紅外一體機(jī)產(chǎn)品。[nextpage]

　　市場(chǎng)需求強(qiáng)度不高

　　伴隨著CCD和DSP技術(shù)的日趨進(jìn)步，低照度攝像機(jī)雖然日趨成熟穩(wěn)定，也在不少領(lǐng)域中使用，但行業(yè)專家認(rèn)為低照度攝像機(jī)并非是市場(chǎng)主流，只有在一些特定區(qū)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(jī)才能發(fā)揮重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過半數(shù)以上的應(yīng)用環(huán)境，對(duì)監(jiān)控強(qiáng)度的要求不是特別高，要求攝像機(jī)24小時(shí)保持高品質(zhì)監(jiān)控的場(chǎng)合并不多，普通攝像機(jī)就能滿足大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的監(jiān)控需求。由此可見，低照度攝像機(jī)的應(yīng)用還需要克服選用上的人為因素，才能取得較大突破。

　　內(nèi)外兼修

　　深圳英飛拓科技股份有限公司市場(chǎng)部產(chǎn)品工程師曾小偉表示，低照度攝像機(jī)主流廠商們?cè)谑炀氄莆兆詣?dòng)光圈控制和真實(shí)日夜功能的基礎(chǔ)上(配有可切換紅外過濾器)，為了提升低照度攝像機(jī)的畫質(zhì)(尤其是夜視效果)，或改進(jìn)鏡頭、調(diào)整傳感器和開發(fā)新數(shù)字信號(hào)處理，或選擇搭配增亮板卡、紅外燈等。

　　鏡頭文章大

　　鏡頭是電視監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的部件，鏡頭與攝像機(jī)的合適配合，可以將目標(biāo)成像在攝像機(jī)的CCD靶面上。鏡頭的種類繁多，僅從焦距上分類，即可分為短焦距、中焦距、長(zhǎng)焦距和變焦距鏡頭。據(jù)四川艾普視達(dá)數(shù)碼科技有限公司市場(chǎng)部經(jīng)理范清華介紹，由于鏡頭選擇得合適與否，直接關(guān)系到攝像質(zhì)量的優(yōu)劣，因此，低照度攝像機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中必須注意合理選擇鏡頭。否則，即使選用了超感度低照度攝像機(jī)，因?yàn)殓R頭選用不當(dāng)，仍不能使超感度攝像機(jī)的低照功效發(fā)揮到極致。比如，鏡頭的F值就非常重要，因?yàn)樵叫〉腇值，將會(huì)使CCD感應(yīng)到較多的光照，所以只有增大鏡頭的通光量，才能保證攝像機(jī)的感光度。再如Oncam公司特制的鏡頭可以讓較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光線進(jìn)入，從而可以在夜晚保證視頻的高質(zhì)量。另外，索尼公司開發(fā)了一種獨(dú)特的彩色濾光片技術(shù)，可以在昏暗的環(huán)境中捕捉到常規(guī)彩色濾光片兩倍以上的光線。

　　Effio-E方案

　　作為低照度攝像機(jī)的兩大技術(shù)主力，傳感器和數(shù)字信號(hào)處理一直是廠商積極研究開發(fā)的著力點(diǎn)。在此方面，索尼一直走在行業(yè)的前列，除先后推出高性能的圖像傳感器Super HAD CCD Ⅱ(高性能正孔蓄積層傳感器，能實(shí)現(xiàn)1000mV或高于1μm2的高靈敏度)和EXview HAD CCD Ⅱ(能實(shí)現(xiàn)1000mV或高于1μm2的靈敏度，并在近紅外區(qū)域提高了紅外光的效率)外，還取得了新的DSP技術(shù)進(jìn)展——在2010年SONY推出了“Effio-E”(彩色高清晰數(shù)字處理技術(shù))方案。

　　什么是Effio?Effio意思是強(qiáng)大的功能和精細(xì)的圖像處理器。它是索尼研發(fā)推出的一種信號(hào)處理器，可以實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的高分辨率，高信噪比和高質(zhì)量色彩再現(xiàn)。

　　“Effio-E”方案采用SONY最先進(jìn)的CCD，配合最先進(jìn)的SS-4數(shù)字處理技術(shù)。全新的超寬動(dòng)態(tài)技術(shù)，應(yīng)用范圍更加廣泛，并附有移動(dòng)偵測(cè)，面部檢測(cè)等功能，為低照度攝像機(jī)提供優(yōu)秀畫質(zhì)。

　　索尼的“Effio”數(shù)字信號(hào)處理器，可提供高解析畫質(zhì)、高信噪比和高色彩重現(xiàn)能力，支援NTSC規(guī)格的480K有效畫素CCD，以及PAL規(guī)格的570K有效畫素CCD。通過Effio DSP與新款CCD的搭配，能達(dá)到超過650條TV lines的解析度，相較于一般標(biāo)準(zhǔn)的攝影機(jī)，這樣的方式能提供更清楚的影像畫面，其顏色信號(hào)處理器能提供理想的顏色亮度及濃度平衡。

　　Effio結(jié)合了2D及3D雜訊抑制信號(hào)處理器，能降低雜訊，即使拍攝移動(dòng)中的目標(biāo)物，也無損動(dòng)態(tài)解析度。除此之外，Effio結(jié)合了周邊電路設(shè)計(jì)，不僅能因此縮小攝像機(jī)體積，還能減少電力消耗。

　　后自動(dòng)聚焦

　　多數(shù)固定焦距的低照度攝像機(jī)在白天的(可視光線)效果更好，因?yàn)榻咕鄬?duì)波長(zhǎng)較短的光線更敏感。晚上切換掉紅外光濾波器，使近紅外光進(jìn)入的時(shí)候，攝像機(jī)就會(huì)因?yàn)檩^長(zhǎng)的波長(zhǎng)而失去焦點(diǎn)。

　　松下、派爾高等公司已經(jīng)開發(fā)了自動(dòng)后聚焦(ABF)技術(shù)，在焦距轉(zhuǎn)換之后，可以自動(dòng)調(diào)整傳感器的位置，保證低照度攝像機(jī)的夜視效果。從彩色模式轉(zhuǎn)換到黑白模式時(shí)，具備(ABF)裝置的攝像機(jī)在CCD位置上自動(dòng)進(jìn)行精確調(diào)焦，從而精確地實(shí)現(xiàn)后焦。這就解決了傳統(tǒng)攝像機(jī)在取下IR濾光片后圖像會(huì)變模糊的問題。

　　另外，具有自動(dòng)后焦調(diào)整功能的產(chǎn)品可以通過輕觸單一按鍵進(jìn)行自動(dòng)后焦調(diào)整。當(dāng)從彩色模式轉(zhuǎn)換到黑白模式時(shí)，CCD 位置會(huì)自動(dòng)調(diào)整，以確保全天提供準(zhǔn)確的聚焦。[nextpage]

　　紅外偵測(cè)鎖定

　　常規(guī)的日夜轉(zhuǎn)換是感受外界可見光強(qiáng)度，當(dāng)可見光低于預(yù)定值，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)換電路，控制濾光片動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)彩色到黑白的轉(zhuǎn)換。在實(shí)際的低照度環(huán)境中使用發(fā)現(xiàn)，攝像機(jī)可能會(huì)受到外部環(huán)境的短暫影響而誤判環(huán)境照度(如汽車大燈的照射)從黑白模式轉(zhuǎn)換為彩色模式，但此時(shí)實(shí)際的環(huán)境照度仍然比較低，汽車駛過之后，攝像機(jī)將再次從彩色模式轉(zhuǎn)回黑白模式，由此出現(xiàn)頻繁日夜轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，并影響監(jiān)控效果，也降低了濾光片切換馬達(dá)的壽命。

　　目前，神州數(shù)碼AMPON(安朋)推出了的一款低照度攝像機(jī)帶有其自主研發(fā)的紅外偵測(cè)鎖定技術(shù)，即使是在夜間低照度情況下，也不會(huì)因某些短暫的強(qiáng)光干擾(例如車輛經(jīng)過時(shí)大燈的光線)而頻繁日夜切換，有利于保持監(jiān)控的穩(wěn)定性、畫面連續(xù)性和提高產(chǎn)品的使用壽命。該攝像機(jī)能自動(dòng)偵測(cè)紅外光，只要紅外燈開啟，就能鎖定在夜間模式，保障攝像機(jī)穩(wěn)定工作。此外，這款攝像機(jī)具備彩色540線，黑白600線的水平清晰度，最低照度為彩色模式0.02Lux/黑白模式0.005Lux，能夠有效滿足用戶夜間監(jiān)控要求，捕捉高清晰畫面。并配置自動(dòng)增益、自動(dòng)白平衡、逆光補(bǔ)償?shù)裙δ?，使圖像更真實(shí)、更亮麗，非常適用于“平安城市”項(xiàng)目、道路交通監(jiān)控等需要24小時(shí)全天候監(jiān)控的場(chǎng)所。

　　與此同時(shí)，AMPON(安朋)在綜合考慮各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，推出自行開發(fā)的超低照度技術(shù)—CDS低噪前級(jí)放大器。通過二次取樣電路(CDS)，可將放大器增益提升，創(chuàng)造出額外6dB的超低照度。

　　3D+2D數(shù)字降噪

　　另外，DSP對(duì)噪點(diǎn)的處理在提升低照攝像機(jī)畫面質(zhì)量上其關(guān)鍵作用，也是體現(xiàn)各廠家攝像機(jī)性能差異的一環(huán)。一般的低照度攝像機(jī)由于噪點(diǎn)過多，常常導(dǎo)致清晰度下降。三星低照度攝像機(jī)采用其自行研發(fā)的3D+2D數(shù)字降噪技術(shù)，處理靜態(tài)畫面時(shí)使用三維濾波，而動(dòng)態(tài)時(shí)則使用二維濾波。處理完畢后再進(jìn)行圖像合并，出來的畫面效果顯得更加清晰和細(xì)膩。在降噪的處理上仍然可以通過畫面取樣的細(xì)分、處理算法的提升、自動(dòng)增益細(xì)化等來改善低照度攝像機(jī)的效果。

　　嵌入式彩色低照度增亮板卡

　　傳統(tǒng)攝像機(jī)受拍攝環(huán)境的影響較大，在環(huán)境光線較弱的情況下攝像畫面變得昏暗不清，深圳睿思靈視訊科技有限公司研發(fā)出一種嵌入式低照度增亮板卡，該板卡可幫助攝像機(jī)顯著提升畫面的整體亮度和清晰度，避免因監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)光線不足導(dǎo)致的監(jiān)控盲區(qū)。另外，板卡可根據(jù)畫面亮度進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整，確保輸出畫面達(dá)到最優(yōu)。

　　據(jù)睿思靈的邱工介紹，板卡采用“視網(wǎng)膜模擬+局部特征識(shí)別+圖像動(dòng)態(tài)清晰化”技術(shù)，嵌入式設(shè)計(jì)，直接對(duì)鏡頭采集的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，顯著提升攝像頭在低照度下的拍攝性能，從而使攝像頭具有低照度攝像效果。從另一個(gè)角度來說，板卡也降低了實(shí)現(xiàn)低照度的成本。

　　結(jié)語

　　正如神州數(shù)碼AMPON(安朋)的蘭柳所言，低照度攝像機(jī)發(fā)展已經(jīng)較為成熟，任何一個(gè)主流廠家都在這方面投入了不少精力，開發(fā)了很多產(chǎn)品，并在諸多領(lǐng)域得以應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)步和用戶需求的細(xì)分，會(huì)有越來越多的新技術(shù)、新產(chǎn)品出現(xiàn)在低照度攝像機(jī)領(lǐng)域中，如在低照度攝像機(jī)內(nèi)置紅外偵測(cè)鎖定功能、交通功能、車輛強(qiáng)光抑制、雙模透霧等功能，使夜間監(jiān)控效果更出色。另一方面用戶對(duì)安防監(jiān)控的認(rèn)識(shí)也越來越深入，相信在這些有利條件的催生下，低照度攝像機(jī)會(huì)有更大的發(fā)展前景。