低照度的環(huán)境定義與監(jiān)控訴求

　　什么條件可算是低照度環(huán)境呢?從字面上來(lái)看，環(huán)境照度非正常標(biāo)準(zhǔn)的條件謂之低照度。對(duì)低照度的定義眾說(shuō)紛紜，并沒(méi)有統(tǒng)一的工程標(biāo)準(zhǔn)定義，只有表示彩色攝像機(jī)可視條件從0.0004～1Lux，黑白攝像機(jī)可視條件從0.0003～0.1LUX的說(shuō)法，但其實(shí)真正的低照度環(huán)境需要很多光線(xiàn)及照明等條件配合。如果以工程實(shí)務(wù)角度來(lái)看，其定義也沒(méi)那么復(fù)雜：當(dāng)一個(gè)攝影機(jī)的影像在畫(huà)面開(kāi)始產(chǎn)生一些黑暗部份噪聲及色彩產(chǎn)生變化時(shí)，我們都可以在工程執(zhí)行上以低照度來(lái)認(rèn)定此時(shí)的環(huán)境條件。所以其實(shí)從學(xué)理上，監(jiān)控工程執(zhí)行并不須要考慮太多理論數(shù)值來(lái)驗(yàn)正是否須要低照度監(jiān)控設(shè)備，而應(yīng)該依據(jù)環(huán)境的情況來(lái)認(rèn)定，才比較符合工程上設(shè)備采用的要求。

　　再談到低照度監(jiān)控訴求時(shí)，必須先把低照度、完全黑暗或有輔助照明這樣的環(huán)境做一個(gè)明確的了解及區(qū)分，因?yàn)榈驼斩鹊沫h(huán)境不等于全暗條件，更不等于有輔助照明的情況，所以在做低照度環(huán)境監(jiān)控布建前，必須認(rèn)識(shí)到個(gè)別環(huán)境條件下采用的監(jiān)控?cái)z影設(shè)備也不盡相同。在低照度環(huán)境監(jiān)控布建前就應(yīng)該了解這種應(yīng)用技術(shù)與照度差的對(duì)應(yīng)關(guān)系。過(guò)去在各種夜視技術(shù)尚未完備時(shí)，低照度監(jiān)控一直是工程應(yīng)用上的主要熱點(diǎn)，即便在后來(lái)紅外線(xiàn)及熱感攝像機(jī)大行其道的階段，低照度監(jiān)控設(shè)備仍然有其不可替代性。這些低照監(jiān)控設(shè)備的照度差與應(yīng)用技術(shù)關(guān)鍵在于以下這幾個(gè)要件:

　　1. CCD/CMOS Sensor完備的配套技術(shù)

　　一個(gè)完整的低照攝像機(jī)由兩部分組成，即鏡頭和攝像機(jī)本體，而攝像機(jī)本體包括感光器Sensor組件(CCD或CMOS)、復(fù)雜的信號(hào)處理電路(DSP Processor)及濾光片(Filter)等。在Sensor組件上低照監(jiān)控應(yīng)用有一個(gè)特性，那就是Sensor感光面積越大進(jìn)光量越高，也就是說(shuō)在低照監(jiān)控上與Sensor尺寸大小對(duì)應(yīng)的低照度效益是1/2”優(yōu)于1/3”，而1/3”又更優(yōu)于1/4”的感光組件，這是低照監(jiān)控應(yīng)用與技術(shù)關(guān)系中不可忽略的關(guān)鍵。

　　2. 鏡頭技術(shù)：鏡頭也是攝像部件的重要組成部份，它在低照監(jiān)控應(yīng)用技術(shù)上作用是為攝像機(jī)的Sensor感光組件聚焦被攝物體的光線(xiàn)，這里的低照應(yīng)用與技術(shù)關(guān)系在于鏡頭的口鏡越大進(jìn)光量也會(huì)越大，也就是鏡頭的進(jìn)光量F值越小，為了使得攝像機(jī)獲得理想的低照度效果，需要配置相適合的或F值較小的鏡頭為另一關(guān)鍵。

　　3. 濾光片Filter技術(shù)：濾光片是彩色攝像機(jī)的一個(gè)組件，對(duì)攝像機(jī)的低光成像效果有很大作用。一般濾光片可濾除紅外光。采用可濾除不需要的紅外光而保留需要的紅外光的濾光片。目前高端低照度攝像機(jī)會(huì)選用雙濾光片ICR-CUT，即白天采用不感應(yīng)紅外的濾光片以獲得清晰的圖像，夜間采用可感應(yīng)紅外的濾光片得到更低的照度。

　　由以上三個(gè)低照度應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵說(shuō)明，可知低照度監(jiān)控系統(tǒng)布建的訴求重點(diǎn)何在。

　　低照度監(jiān)控布建可應(yīng)用方案有那些?

　　工程技術(shù)人員都應(yīng)該知道在光線(xiàn)較差的環(huán)境中，低照度攝像無(wú)需輔助光源即能識(shí)別目標(biāo)物體，這些都是靠攝像體本身Sensor、DSP、鏡頭及慮光片協(xié)作所致，而在這些關(guān)鍵技術(shù)采用下，低照監(jiān)控的布建應(yīng)用也就越來(lái)越受到工程商的重視與使用青睞。這些低照度監(jiān)控應(yīng)用方案大致包含以下:

　　1. 最基礎(chǔ)也是最笨的一種方式-幀累積應(yīng)用方案:

　　這種應(yīng)用也叫做低快門(mén)(Slow Shutter)，此類(lèi)攝像機(jī)又稱(chēng)為畫(huà)面幀累積型攝像機(jī)，它是利用內(nèi)存的技術(shù)并放慢快門(mén)速度，連續(xù)將幾個(gè)因光線(xiàn)不足而較顯模糊的畫(huà)面累積起來(lái)，成為一個(gè)影像清晰的畫(huà)面，運(yùn)用慢快門(mén)技術(shù)降低攝像機(jī)照度至0.009lux/f1.2以下，并且畫(huà)面能夠累積的幀數(shù) (128或256幀)是屬于一種既笨又可靠的低光應(yīng)用技術(shù)。此類(lèi)型低照度攝像機(jī)適用于禁止紅或紫外線(xiàn)的場(chǎng)所，比如博物館或夜行動(dòng)生物觀(guān)察，國(guó)土海岸監(jiān)視等，屬于較靜態(tài)場(chǎng)所的低照監(jiān)視使用。

　　2. 電子機(jī)械應(yīng)用方式-彩色變黑白模式方案:

　　此方式又稱(chēng)為日夜模式(Day & Night Mode)，此類(lèi)攝像機(jī)目前在市場(chǎng)上仍有其特定的需求，一般日夜型攝像機(jī)的照度在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上標(biāo)示數(shù)值最低有達(dá)到0LUX的程度，但0Lux基本無(wú)法呈現(xiàn)色彩，因此在應(yīng)用于低照監(jiān)控布建時(shí)必須特別聲明其效能。這種白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO)攝像機(jī)是利用黑白影像對(duì)紅外線(xiàn)感度較高的特點(diǎn)，在一定的光源條件，利用電機(jī)機(jī)械線(xiàn)路切換濾光片或軟件切換為黑白信號(hào)模式的方式，將影像由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于感應(yīng)紅外線(xiàn)。在彩色/黑白線(xiàn)路轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，為了搭配紅外線(xiàn)，拿掉了彩色攝像機(jī)不可缺的紅外線(xiàn)濾光片，此種作法雖可在夜晚達(dá)到“低照度”的目的，但在應(yīng)用時(shí)卻有影像焦距模糊，色彩表現(xiàn)不正確的缺點(diǎn)，并且攝像機(jī)的成像距離會(huì)受到紅外線(xiàn)成像焦點(diǎn)位移差的影響導(dǎo)致無(wú)法清晰成像的結(jié)果。因此為達(dá)真正的低照度攝像除采用IR紅外鏡頭搭配使用才能達(dá)到成像清晰的要求，而特別注意的是礙于攝影機(jī)本身采用組件的功能限制,因此這種而白天彩色/晚上黑白的攝像機(jī)只是利用線(xiàn)路切換及搭配紅外光的方式，并不能算是低照最好的方式。

　　3. 最科學(xué)化的應(yīng)用方式-高感度低光感應(yīng)模式方案(Low-Light) ：

　　高感度低光攝像方式又稱(chēng)做Exview-HAD模式，也可稱(chēng)為全天候攝像機(jī)，是最熱門(mén)的低照度監(jiān)控應(yīng)用機(jī)種。其彩色模式低照度可達(dá)0.01Lux，黑白更可達(dá)0.001Lux，搭配紅外線(xiàn)時(shí)可在 0Lux下使用。此類(lèi)低照監(jiān)控的攝影機(jī)不僅能清晰的辯識(shí)影像，更不會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似低照時(shí)幀累積方式出現(xiàn)延遲畫(huà)面。此類(lèi)型攝像機(jī)主要采用Exview-HAD超感光組件，使得最低照度可達(dá)0.001Lux,幷且還能保持較小影像噪聲比，而實(shí)現(xiàn)真正意義的低光級(jí)攝像機(jī)，在相對(duì)黑暗的環(huán)境下無(wú)需使用紅外燈就可以得到較為清晰的影像，使安防行業(yè)在低照監(jiān)控的技術(shù)發(fā)展更深一層。

　　4. 有效的輔助低照的應(yīng)用方式-紅外線(xiàn)輔助模式方案(IR Mode) :

　　感紅外攝影機(jī)又稱(chēng)為紅外輔助攝影機(jī)，由于感光組件有很寬的感光光譜范圍，其感光光譜不但包括可見(jiàn)光區(qū)域，還延長(zhǎng)到紅外區(qū)域，利用此特性，可以在夜間無(wú)可見(jiàn)光照明的情況下，用輔助紅外光源照明可使影像感光器清晰的成像。在實(shí)際低照監(jiān)控工程應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)黑白攝影機(jī)比彩色攝影機(jī)具有更高的靈敏度，可以在較暗的環(huán)境里獲得更清晰的影像，特別在有紅外光源輔助照明配合下，更是可以做到0LUX(可見(jiàn)光)。因此在使用紅外燈時(shí)我們應(yīng)選擇黑白攝影機(jī)或是日夜兩用攝影機(jī)鏡頭，并具有IR自動(dòng)光圈，以適應(yīng)晝夜照度很大的變化。

　　以上四類(lèi)為低照監(jiān)控時(shí)最有效的系統(tǒng)布建應(yīng)用方式，給我們?cè)谙到y(tǒng)產(chǎn)品選型上提供了一個(gè)有效低照環(huán)境應(yīng)用依據(jù)，但除了應(yīng)用的選型依據(jù)之外，我們?cè)诘驼毡O(jiān)控系統(tǒng)的布建產(chǎn)品選型上還要注意一些重要的選行應(yīng)用問(wèn)題，這些問(wèn)題可謂包羅萬(wàn)象。

　　低照度環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用上的問(wèn)題

　　低照度監(jiān)控系統(tǒng)的建置不免在工程過(guò)程中或系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)用上產(chǎn)生問(wèn)題，這些問(wèn)題有些來(lái)自產(chǎn)品電路電子性能，有些來(lái)自環(huán)境物理特性，不一定是您我在工程施作前就能預(yù)期的，因此要在特殊的低照度監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行工程的項(xiàng)目，勢(shì)必有一些經(jīng)驗(yàn)與問(wèn)題是我們必須事先了解并加以預(yù)防的，特別是在低照度的一些應(yīng)用問(wèn)題上，以下就四個(gè)低照度應(yīng)用類(lèi)型，將可能發(fā)生問(wèn)題簡(jiǎn)述于后;

　　1. 焦點(diǎn)偏移的問(wèn)題

　　由于使用紅外線(xiàn)攝影機(jī)或輔助紅外線(xiàn)照明，可見(jiàn)光與紅外光由于波長(zhǎng)不同，會(huì)使影像成像焦點(diǎn)不在一個(gè)平面上，導(dǎo)致在白天可見(jiàn)光條件下圖像清晰，而夜間紅外光條件下模糊，或者夜間紅外光條件下圖像清晰，白天可見(jiàn)光條件下圖像模糊。這種情況可以用三個(gè)方法解決。第一，采用自動(dòng)聚焦一體化攝像機(jī);第二，采用IR專(zhuān)用焦點(diǎn)不偏移鏡頭;第三，采用專(zhuān)業(yè)的調(diào)整工具，在非IR鏡頭條件下也可以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)不偏移的要求。

　　2. 色彩不正確的問(wèn)題

　　雖然黑白攝像機(jī)可以感應(yīng)紅外光。但紅外光線(xiàn)在可見(jiàn)光下對(duì)于彩色攝像機(jī)來(lái)講卻是一種干擾的雜光，會(huì)降低彩色攝像機(jī)的清晰度和色彩還原。一般彩色攝像機(jī)的濾光片就是為了阻止紅外線(xiàn)參與成像。但兩相選擇下常讓低照監(jiān)控的色彩產(chǎn)生不正確的情況。因此要讓彩色攝影機(jī)感應(yīng)紅外線(xiàn)現(xiàn)在有兩個(gè)做法。第一，切換濾光片，在可見(jiàn)光條件下?lián)踝〖t外線(xiàn)進(jìn)入;在無(wú)可見(jiàn)光的條件下移開(kāi)濾光片，讓紅外線(xiàn)進(jìn)入;這種方案得到的影像質(zhì)量好，但成本高且會(huì)出現(xiàn)一定的故障率。第二，在濾光片上打開(kāi)紅外線(xiàn)通道，允許與紅外燈波長(zhǎng)相同的紅外光線(xiàn)進(jìn)來(lái)，但色彩還原略差。

　　3. 低光感應(yīng)或搭配紅外線(xiàn)照明的畫(huà)面紅暴問(wèn)題

　　由于紅外線(xiàn)波長(zhǎng)在700nm-800nm間的影像在感應(yīng)時(shí)容易出現(xiàn)類(lèi)似白亮曝光的紅暴現(xiàn)象，因此低照度監(jiān)控能不能避免出現(xiàn)紅暴就是一個(gè)高超的技術(shù)問(wèn)題，但實(shí)際上有無(wú)紅暴只是一個(gè)選擇問(wèn)題，并不是技術(shù)問(wèn)題。波長(zhǎng)在900nm以上的紅外線(xiàn)就不會(huì)有紅暴現(xiàn)象，而波長(zhǎng)越短，紅暴越強(qiáng)，紅外線(xiàn)感應(yīng)度也越高，所以是產(chǎn)品的選配選擇而不是技術(shù)問(wèn)題。

　　4. 紅外線(xiàn)照明的投射角度問(wèn)題

　　紅外燈是不是視角越大越好?其實(shí)是要看搭配鏡的，大部份工程商都對(duì)這種說(shuō)法產(chǎn)生迷思，大多認(rèn)為紅外燈發(fā)射視角越大，選用鏡頭越大，就不會(huì)出現(xiàn)紅外線(xiàn)燈的”手電筒”現(xiàn)象。一般情況下，紅外燈的視角要與鏡頭的視角相一致，效果才是最佳的。

　　5. 低照度監(jiān)控的距離問(wèn)題

　　低照紅外產(chǎn)品的夜視距離無(wú)一定的標(biāo)準(zhǔn)。各廠(chǎng)商都各自吹擂其效果，但實(shí)測(cè)上常常都無(wú)法令人滿(mǎn)意，其實(shí)應(yīng)該以客戶(hù)端的需求為標(biāo)準(zhǔn)。什么條件才是正確的其實(shí)說(shuō)法也很多，但主要是以攝像機(jī)、鏡頭及紅外線(xiàn)輔助照明之間的匹配才是最正確的說(shuō)法，只有確定一定質(zhì)量的攝像機(jī)和鏡頭照明等的共同匹配才能確定其作用距離。

　　低照度環(huán)境監(jiān)控產(chǎn)品選型注意事項(xiàng)

　　低照度監(jiān)控的產(chǎn)品選型是一件很慎重又不好處理的工作，工程商在此部份如果沒(méi)有一些參考原則，容易在產(chǎn)品選型上產(chǎn)生一些疏忽，最終使得系統(tǒng)效果發(fā)生折扣，因此有些選型上的注意事項(xiàng)也是在低照度監(jiān)控系統(tǒng)布建時(shí)不可忽略的，這些注意項(xiàng)大致如下：

　　* 最好選擇紅外鏡頭

　　因普通的光學(xué)鏡頭，物體反射回鏡頭的紅外光不能有效聚焦到感光組件Sensor靶面上，此時(shí)紅外夜視效果就會(huì)大打折扣，因而最好選用紅外鏡頭。尤其是彩色轉(zhuǎn)黑白(D/N)攝像機(jī)，不選用紅外鏡頭就不能使日夜監(jiān)視焦面一致，致使日夜圖像不能都保持清晰。

　　* 選用真正低照度攝像機(jī)，

　　部份市售攝影機(jī)其最低照度都不實(shí)際，使夜視有效距離大大降低，因此最好能實(shí)際測(cè)試。一般最好都能在小于0.05Lux的條件，總之，照度越低越好，由于目前行業(yè)還未規(guī)范，所以不能完全相信生產(chǎn)廠(chǎng)標(biāo)示的最低照度，要在實(shí)用條件下進(jìn)行測(cè)試再使用。

　　* 紅外攝像機(jī)要有自動(dòng)電子快門(mén)與自動(dòng)增益控制(AGC)功能

　　因?yàn)橛辛诉@些功能，才能使信號(hào)調(diào)整到比較好的狀態(tài)，以滿(mǎn)足低照度的效果。

　　* 選配好攝像機(jī)的配套穩(wěn)壓小電源

　　攝像機(jī)電源的選取要注意如下兩點(diǎn): 第一 選穩(wěn)壓電源。因市電不穩(wěn)，如只選一交流變直流12V的變壓器而不穩(wěn)壓就會(huì)使攝像機(jī)中的電路工作不穩(wěn)定，從而使攝像機(jī)的工作不穩(wěn)，所需性能就達(dá)不到要求;第二. 選比攝像機(jī)的電流要大上一倍以上的電源為好。如攝像機(jī)的電流為300mA或350mA，一般選500mA即足夠。若選電流量太小或近似等于攝像機(jī)的需求電流量就可能產(chǎn)商機(jī)體或電源發(fā)熱情況，近而影響設(shè)備壽命。

　　* 鏡頭最好選擇與攝像機(jī)的接口安裝方式一致

　　一般攝影機(jī)鏡頭與攝像機(jī)的接口安裝方式有C型和CS型兩種，兩者最好一致。如果選用了C型鏡頭，雖然可以加一5mm厚的接圈。但加接圈就直接影響到機(jī)械背焦的準(zhǔn)確性，或甚至可能使鏡頭碰到感光組件的保護(hù)玻璃，而造成攝像機(jī)的Sensor損壞，須特別注意。

　　* 最好選自動(dòng)光圈鏡頭，以適應(yīng)晝夜照度很大的變化

　　由于日夜監(jiān)控，其照度變化范圍很大，因而最好選用能自動(dòng)根據(jù)照度變化的自動(dòng)光圈鏡頭，以使圖像保持清晰。

　　* 選擇窗口玻璃質(zhì)量好的保護(hù)罩

　　低照度監(jiān)控系統(tǒng)除了選紅外燈、攝像機(jī)、鏡頭外，還要慎選攝影機(jī)保護(hù)罩、供電電源的組合保護(hù)考慮。因?yàn)楸Ｗo(hù)罩對(duì)紅外燈的照明投射會(huì)有影響，例如紅外光對(duì)不同材質(zhì)的保護(hù)罩會(huì)產(chǎn)生不同的透射率和反射率，特別是自動(dòng)除霧的鍍膜玻璃，會(huì)使紅外光產(chǎn)生衰減及折射偏移，所以慎選材質(zhì)良好的窗口保護(hù)罩。

　　以上是在低照度監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品選型上應(yīng)注意事項(xiàng)，希望透過(guò)這樣的陳述能讓大家更快了解低照度監(jiān)控系統(tǒng)布建的一些相關(guān)工程實(shí)務(wù)工作。

　　結(jié)語(yǔ)

　　低照度監(jiān)控系統(tǒng)的布建與產(chǎn)品選型工作是一門(mén)專(zhuān)業(yè)的工程知識(shí)，低照度監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用無(wú)遠(yuǎn)弗界，低照監(jiān)控可應(yīng)用于智能交通監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)控系統(tǒng)，飛機(jī)起降安全光電跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)場(chǎng)周界安全夜視監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)場(chǎng)禁區(qū)鳥(niǎo)群探測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，港口碼頭，航道安全監(jiān)控系統(tǒng)，海岸線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)，核電站/變電站/水電站/水庫(kù)大壩安全監(jiān)控系統(tǒng);石油/天然氣管道安全監(jiān)控系統(tǒng)，地鐵運(yùn)行安全日夜監(jiān)控系統(tǒng)，鐵路貨運(yùn)物資防盜取證監(jiān)控系統(tǒng);森林防火安全監(jiān)控系統(tǒng);環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，國(guó)家文物及重要物資倉(cāng)庫(kù)安全夜視監(jiān)控系統(tǒng)等。因此;低照度監(jiān)控系統(tǒng)的建置應(yīng)該是多樣化并富有變化彈性，如此才能提供用戶(hù)與工程商一套完善的系統(tǒng)套用。