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高清攝像機的夜視難題與突破
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高清攝像機的夜視難題與突破

* 來源 : 迪威樂官網 * 作者 : zzhongan * 發表時間 : 2012-12-24 * 瀏覽 : 111
 2010年以來,經過兩年多的市場培育,高清攝像機正從“趨勢”變成“現實”。許多高清攝像機廠家如雨后春筍般涌現出來,傳統的模擬攝像機廠家也逐步往高清領域轉型。在市場上,越來越多的的代理商、工程商和用戶認可了高清??梢哉f,2012年,高清攝像機正迎來發展的又一波高峰期。


    具體來看,盡管仍被籠統地稱為“百萬高清”,但高清攝像機的清晰度已有了很大的提升,像素從100萬、130萬、200萬到500萬遞增,有的廠家甚至宣稱已將像素級別提升至2000萬;在傳輸方式上,IP與HD-SDI均得到了較快發展,并各自占據了不小的市場份額。此外,在色彩還原度和智能分析等方面,高清攝像機也有了很大的改進。


    但由于技術不夠成熟、成本較高等因素,高清攝像機產品的主流應用集中于政府、銀行等高端市場,其他領域則仍以模擬產品為主。其中,目前高清攝像機普遍采用CMOS芯片,其色彩飽和度較低,質感和銳度的表現也略遜一籌,在光線不足的夜間,拍攝效果往往不太理想?;诖?,一些廠家推出了960H 網絡高清產品,采用索尼Effio方案,低照度、純數字界面,影像像素達到近百萬像索(960TVL),不僅白天能實現高清晰拍攝,夜間也能清晰彩色成像,有效地解決了高清攝像機的夜視難題。


    CMOS高清攝像機的局限性


    所謂CMOS,即互補性金屬氧化物半導體,主是是用硅和鍺所做成的半導體,通過CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來實現其基本功能。與CCD(電荷耦合器件,是一種把從圖像半導體中出來的電子組織起來的方法)一樣,它們使用的都是“圖像半導體”傳感器,它是一種PN半導體,能將轉換光線的光子結合成為成比例數量的電子。但為了將兩者相區別,我們習慣性地分別稱之為CMOS傳感器或CCD傳感器,但并不表明其處理影像的方法。


    與CCD傳感器相比,CMOS傳感器不需要復雜的信號處理過程,直接將圖像半導體產生的電子轉變成電壓信號,可在短時間內處理大量數據,輸出高清晰度視頻,因此適應高清晰度攝像機需要?;诟呒啥鹊膬瀯?,它的自動增益控制、自動曝光控制、伽馬校正、背光補償和自動黑點校正等功能都遠強于CCD傳感器。同時,為了使影像更便于進行網絡傳輸,攝像機廠家正不斷提高圖像編碼壓縮處理的效率。如今,在130萬(720P)以上像素高清攝像機的芯片技術用,CMOS已占據絕對優勢。


    但在感光度方面,人眼能看到1Lux照度(相當于滿月的晴天夜晚環境)以下的目標;CCD傳感器比人眼還好,在0.1~0.3Lux之間;而CMOS傳感器的感光度一般在6~15Lux之間,相當于CCD傳感器的1/10~1/3,噪點亦高出CCD傳感器近10倍。因此,在夜間光線不足的環境下,CMOS攝像機拍攝效果遠遜于CCD攝像機。盡管將CMOS傳感器做得非常大后,其感光度可與CCD傳感器相當,但對DSP處理速度的要求也非常高,無形中拉升了CMOS攝像機的價格,短期內還無法大規模應用。


    未來,隨著網絡帶寬問題的逐步解決,兼具大型工程建設成本和升級維護便利性等優勢的高清攝像機將更大范圍的應用,乃至成為監控攝像機的主流。但從目前來看,由于夜視等技術尚未成熟,加之成本較高,極大地制約了高清攝像機的普及。


    對絕大多數用戶而言,夜間是各類違法犯罪事件的高發時段,亦即安防視頻監控的關鍵時段。選擇一款夜視效果不佳的攝像機,將使視頻監控在時間上出現一個極大的盲區,無法滿足全天候不間斷安防的要求。但另一方面,“用戶對看得更清楚”以及遠程監控、智能分析等的需求同樣迫切。這就要求攝像機在白天與夜間拍攝效果上找到一個平衡點,而不能簡單地退回模擬攝像機的老路。由此,960H網絡高清技術進入攝像機廠家的視野。


    Sony Effio-EN方案的夜視原理


    2009年,日本索尼公司推出Effio-E方案,官方標準方案是:4127+4816+673。通過Effio-E DSP與960H CCD(EX view HAD CCDⅡ)搭配,能達到700TVL水準的解析度,影像像素達到近百萬像素(pixel)左右。與以往方案相比,它能提供更清晰的影像畫面、更好的顏色飽和度和亮度。


    作為模擬攝像領域最領先的芯片技術之一,索尼Effio-E 方案具有高分辨率、高信噪比和高色彩還原度的“三高”優勢。它在電子變焦后展示出更精細的圖像,并通過3D降噪技術,有效降低低照度環境下的圖像雜訊,保持圖像的清晰度。加之更高的色彩還原度、寬范圍的白平衡自動調整以及分區補償功能,有效改善暗區細節和曝光過度的損失,最大限度地保證了所拍攝影像的完整性。


    在實際應用中,索尼Effio-E方案攝像機常搭配紅外高清鏡頭,圖像細節呈現優異,色彩還原真實艷麗、鮮艷、不偏色,而且圖像銳利、光線亮度處理能力強,具有逼真的層次感,最大限度地實現日/夜成像畫面。同時,采用最新一代點陣式LED光源(即IR Ⅳ技術),光電轉化效率更高、功耗更低;伴以智能光技術,紅外燈與白光燈同時補光,夜視可達到純彩色效果。


    2012年,索尼公司對Effio-E方案進行升級,Effio-EN方案應運而生。與Effio-E方案相比,新的DSP的影像畫質、感光度和顏色飽和度更趨于完美,有效像素接近百萬。特別是在傳輸方式上,從模擬傳輸升級為數字傳輸,在影像的保真度上有了質的突破。


    采用數字信號傳輸


    在信號傳輸過程中,傳統的模擬攝像機須先通過傳感器將光信號轉換成模擬電信號,接著轉換成數字信號以進行模數轉換與色度、亮度處理,再將數字信號模數轉換并調制成PAL/NTSC制式標準模擬視頻信號進行輸出,到達DVR等后端設備時,由視頻采集芯片將模擬信號轉換成數字信號。在這過程中,共發生3次AD轉換,可能造成一定程度的畫質受損。當攝像機采用Sony Effio-EN方案時,這種傳輸方式已無法滿足要求。


    因此,一些攝像機廠家對960H CCD攝像機的傳輸方式進行了改進,在攝像機內置網絡模塊,采用純數字接口,省去了信號壓縮轉換的環節,提升了傳輸速度,并避免了傳輸過程中的信號受損。在傳輸方式和后端配備等方面,和百萬網絡高清攝像機實現了資源共享。


    當前,模擬攝像機仍占據著絕大多數市場份額,在CMOS高清攝像機技術仍不夠成熟、成本也無法迅速下降的情勢下,模擬視頻監控仍將長期存在。盡管在政府、銀行等高端市場,高清攝像機已率先應用,但對小區、店鋪、小型超市、辦公樓等中小型監控系統而言,CCD攝像機仍是性價比較高的選擇。


    但也應看到,我國安防監控正從模擬視頻監控向高清視頻監控過渡,用戶對“看得更清楚”以及遠程監控、智能分析的要求越來越高,模擬攝像機的市場份額將逐漸縮小,高清攝像機則代表著行業的未來。在過渡期內,960H CCD 高清攝像機憑借白天與夜間效果同樣出眾的優勢,有望在占行業多數監控領域得到更廣泛的應用。進入全面高清時代后,它的夜視技術也可帶給高清攝像機廠家一定的啟迪。

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