高清網絡攝像機的技術發展趨勢

文/楊圣偉

高清網絡攝像機的技術發展趨勢

文/楊圣偉

隨著視頻監控的不斷普及，人們的需求也在不斷升級；越來越多的市場、行業、個人依賴于視頻監控來保證國家、部門、個人的資料以及財產安全，從而也引發了視頻監控在各個行業的廣泛應用。但是，傳統的標清監控系統只是提供了“看得見”的視頻效果，比如很多現場獲得的圖像數據由于太模糊，無法發揮其應有的作用，當需要對圖像細節加以甄別判斷時，在視頻圖像放大到相同倍數的情況下，分辨率越高的圖像可以獲得越清晰細膩的效果，而分辨率低的圖像可能會產生“馬賽克”，不能為分析設備提供高質量的畫質，引起誤報率過高、漏報過多等問題。

在監控網絡化大潮的推動和市場需求的驅動下，用戶對監控系統也提出了“看清楚”的要求。2008年，市場上出現了高清網絡攝像機，基本解決了白天監控“看清楚”問題。高清監控應用經過幾年的發展，已從概念走向實戰化應用階段，并逐漸走向成熟。在此過程中，高清網絡攝像機作為高清監控系統中實現視頻采集和編碼的核心設備，也取得了長足的進步。特別是剛剛過去的2011年，高清網絡攝像機的銷售量更是實現了爆發式增長，證明了用戶對此產品的認可。當然，對于夜間、光線差異較大等特殊監控環境，高清網絡攝像機的表現還不能讓人十分滿意，有待進一步提高。

在視頻監控智能化發展趨勢已經不可阻擋的今天，市場又提出了“看明白”的需求，在高清網絡攝像機上實現前端智能化是很有必要的。一方面，“看清楚”是“看明白”的基礎；另一方面，前端智能化對于整個智能視頻監控系統都是有很大益處。

從視頻監控系統發展過程來看：“看得見”（標清監控系統）、“看清楚”（高清監控系統）、“看明白”（智能監控系統）這一過程是個發生、發展、提高的螺旋上升過程，符合事物發展的客觀規律。筆者認為，高清網絡攝像機作為視頻監控系統的重要組成部分，近幾年的發展將會有如下幾個趨勢。

超低照度高清網絡攝像機加速普及

通常用戶總是希望高清網絡攝像機能用于不同的監控場景，不僅白天圖像效果要好，晚上也要求看的比較清楚，同時，很多監控條件較差，光線昏暗的地方也要求安裝監控攝像機。這些需求的提出對高清網絡攝像機的低照度效果提出了極高要求。

低照度是指攝像機在低照度的環境下的圖像細節還原能力，也是選擇攝像機的重要指標之一。眾所周知，同樣感光面積的圖像傳感器，像素越高，分配到每個像素的感光面積就越小，一個曝光周期內的通光量就越小，低照度效果就越差。因此，市場上早期的高清網絡攝像機低照度效果普遍一般。隨著圖像傳感器技術的提高，以及圖像降噪算法的應用，高清網絡攝像機的低照度效果越來越好！

國內外知名安防設備供應商都推出了采用背照技術的CMOS傳感器的高清網絡攝像機。背照技術能夠改善了傳統CMOS感光元件的感光度。其采用了和普通方法相反、向沒有布線層的一面照射光線的背面照射技術，由于不受金屬線路和晶體管得阻礙，開口率（光電轉換部分在一個像素中所占的面積比率）可提高至近100%，因此，這類CMOS傳感器的靈敏度已經與CCD傳感器接近，低照度下圖像效果極佳，但集成度更高，功能更加豐富、性價比更高。

由于高清網絡攝像機在低照度下，圖像噪點會比光線較好時增加很多，各種數字圖像降噪算法也陸續應用于高清網絡攝像機。比如，處理靜態畫面時使用三維濾波，而動態時則使用二維濾波。兩種降噪算法結合使用，可以保留重要的細節，使圖像更加平滑，并可以盡量減少運動物體形成的拖影，同時極大的改善視頻的閃爍感。降噪的處理上還可以通過畫面取樣的細分、處理算法的提升、自動增益細化等來改善低照度攝像機的效果，處理完畢后再進行圖像合并，出來的畫面效果顯得更加清晰和細膩。

寬動態將成為高清網絡攝像機標配功能

目前，有很多監控場景都存在室外光照較強，室內光線不足的情況，如從室內通過窗戶監控室外場景、營業大廳的門口、車庫出入口，此時圖像中明亮的區域會過曝，而較暗的區域則會曝光不足，使得畫面難以識別，無法起到監控效果。攝像機在同一場景中對最亮區域及較暗區域的表現是存在局限的，這種局限就是通常所講的“動態范圍”，當在強光源(日光、燈具或反光等)照射下的高亮度區域及陰影、逆光等相對亮度較低的區域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現明亮區域因曝光過度成為白色，而黑暗區域因曝光不足成為黑色，嚴重影響圖像質量。高清網絡攝像機可通過寬動態技術來解決該問題。寬動態技術是應用于明暗對比強烈的環境中，使得監控畫面同時兼顧到亮區和暗區的一種圖像處理技術，在非常強烈的對比下，使得攝像機看到正常的影像，該技術能夠很好的解決了影像傳感器的動態范圍相對人眼要窄的問題。因此，寬動態范圍是高清網絡攝像機的重要指標之一。

高清網絡攝像機提升動態范圍的方法一般如下兩種，一個是選用動態范圍較高的寬動態專用圖像傳感器，一般此類傳感器的價格相比同樣規格的普通高清傳感器，價格要高很多；另一個是采用軟件算法實現，在不增加設備成本的基礎上，大幅提升高清網絡攝像機的動態范圍至100dB以上，這種方法需要使用視頻增強技術和多次曝光技術：視頻增強技術是以圖像中單個像素點為單位對整體圖像加以優化，提升畫面中暗區亮度的同時，降低亮區的亮度，從而實現亮區和暗區的有效整合；多次曝光技術是圖像傳感器通過一次較長時間的曝光數據和幾次較短的曝光數據進行融合，提取出符合人眼視覺特性曲線的數據，使得圖像中的亮部和暗部都同時清晰可見。這種算法根據場景的不同會自動調整數據融合的曲線，從而達到適用各種場景的目的。索尼、三星、大華、海康等廠家均推出了全系列寬動態高清網絡攝像機，以滿足市場上不同的用戶需求。

前端智能化提升監控效率

隨著視頻監控系統的不斷發展與完善，系統規模越來越大，功能越來越多。一方面用戶對監控圖像質量有著越來越高的要求，另一方面變被動為主動的監控思路也越來越被更多的用戶所提及和青睞。通過智能化技術來及時、自動地從原始視頻信息中提取大量有用信息，辨認行為和類型，完成視頻的傳輸存儲和檢索，也可提供操作命令、數據和信息，從而實現報警、提醒關注等智能行為。這樣優勢十分明顯：可實現全天候可靠監控，無人監控，提高報警精確度，響應速度快。如今，智能化監控已經成為監控技術發展和市場需求的重要主題。因此，智能化也將會是高清網絡攝像機發展趨勢之一。

高清網絡攝像機的智能化具有極其重要的實用價值。例如異常報警錄像，就是將所監控的視頻圖像，經過前端智能網絡攝像機的分析識別后，只將有異常的圖像傳輸到后端去記錄與顯示，因而可大大減輕網絡的負擔，有效地節省帶寬資源，同時，也可以減少對存儲空間的占用，節約整個系統成本。另一方面，在有智能網絡攝像機的智能視頻監控系統后端，就只需集中對前端攝像機發送過來的目標數據信息進行管理，而不需要對視頻信號進行處理與識別，所以后端系統不需要昂貴的設備也能完成高效的智能視頻分析。目前在高清網絡攝像機中已經實現或者正在實現的智能分析功能有：視頻遮擋與視頻丟失偵測、視頻移動偵測、物品遺留識別、入侵識別、區域檢測等等。

結束語

綜上所述，隨著高清網絡攝像機逐漸被越來越多的用戶所接受，軟硬件技術的不斷成熟，相信高清網絡攝像機將憑借其強大的畫質優勢，智能化功能的逐步應用，預計其未來的應用領域將會得到更加快速的發展。

作者單位：浙江大華技術股份有限公司