數(shù)字百萬高清一體化機(jī)芯的優(yōu)勢明顯

文/高娜

數(shù)字百萬高清一體化機(jī)芯的優(yōu)勢明顯

文/高娜

隨著安防監(jiān)控技術(shù)的迅猛發(fā)展，安防監(jiān)控的市場需求也在快速發(fā)生著變化。近幾年，百萬高清這個(gè)組合詞匯也頻繁地出現(xiàn)在大家的視線內(nèi)，整個(gè)市場也逐步從傳統(tǒng)的標(biāo)清向百萬高清跨進(jìn)，百萬高清監(jiān)控以成熟的技術(shù)和合理的價(jià)格正逐漸滲透整個(gè)視頻監(jiān)控市場，百萬高清產(chǎn)品也逐漸被越來越多的用戶所接受。

百萬高清攝像機(jī)，對于一些成熟的模擬攝像機(jī)的廠商來說，是一個(gè)全新的領(lǐng)域，因而很多廠商都從相對來說簡單一些的槍式攝像機(jī)，半球形攝像機(jī)開始嘗試百萬高清，著重高清、網(wǎng)絡(luò)方面的開發(fā)與起步。在高清方面有所展開之后才開始進(jìn)行百萬高清一體機(jī)機(jī)芯的研發(fā)及上市，因?yàn)橐惑w機(jī)機(jī)芯獨(dú)特的性能特點(diǎn)，其在安防監(jiān)控領(lǐng)域上占有不可或缺的地位。

一體機(jī)機(jī)芯關(guān)鍵技術(shù)與優(yōu)勢

相對于普通攝像機(jī)，一體機(jī)機(jī)芯體積精巧，設(shè)計(jì)簡潔美觀，適合于高檔次的應(yīng)用場合，可與精美的裝潢相得益彰。其區(qū)別于其他攝像機(jī)的關(guān)鍵部分有三點(diǎn)：自帶一體化可變焦鏡頭組；自動(dòng)聚焦功能；自動(dòng)曝光功能。

首先是自帶一體化可變焦鏡頭組。鏡頭對于攝像機(jī)來說至關(guān)重要，畫質(zhì)效果，特別是高清畫質(zhì)，很大程度取決于鏡頭的好壞。實(shí)際應(yīng)用中也經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)殓R頭匹配問題導(dǎo)致畫面效果不佳的示例。自帶鏡頭，能夠保證更優(yōu)的搭配，呈現(xiàn)更加完美的效果。而可變焦鏡頭組，變焦倍數(shù)從12倍、26倍、27倍到30倍、36倍，甚至更高，這對于在大范圍內(nèi)捕捉高清晰度圖像有著重要意義，尤其適用于大范圍的場景的監(jiān)控。

其關(guān)鍵的自動(dòng)聚焦功能，是監(jiān)控圖像清晰度的重要性能，讓一體機(jī)實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)監(jiān)控。尤其在高速公路監(jiān)控中，由于車輛速度較快，容易出現(xiàn)監(jiān)控圖像模糊、拖尾等現(xiàn)象，高品質(zhì)的一體機(jī)機(jī)芯可對車輛圖像進(jìn)行自動(dòng)聚焦，并能達(dá)到很好的定焦效果，為道路監(jiān)控和交通管理提供理想的監(jiān)控圖像。

自動(dòng)聚焦技術(shù)與變焦控制技術(shù)相結(jié)合提高了監(jiān)控效率。當(dāng)圖像畫面發(fā)生變化(如有物體移動(dòng)或變焦控制時(shí))需要重新聚焦，自動(dòng)聚焦鏡頭可以自動(dòng)執(zhí)行聚焦操作，讓整個(gè)畫面始終保持焦點(diǎn)準(zhǔn)確圖像清晰。比如我們控制鏡頭變焦讓畫面場景中的人物由遠(yuǎn)及近時(shí)，自動(dòng)聚焦算法會(huì)不斷分析當(dāng)前畫面并發(fā)出鏡頭自動(dòng)聚焦命令，使人物在畫面中始終保持焦點(diǎn)清晰。而如果一體機(jī)機(jī)芯安裝在云臺(tái)上，同樣可以根據(jù)云臺(tái)的操作完成自動(dòng)聚焦。自動(dòng)聚焦主要技術(shù)難點(diǎn)是要提高聚焦的速度和精度，精度將影響后期圖像處理的結(jié)果。場景中被攝物體與拍攝的距離時(shí)刻發(fā)生變化，快速的聚焦十分必要，聚焦速度的提高，取決于聚焦評價(jià)函數(shù)的選擇。聚焦評價(jià)函數(shù)用來衡量圖像聚焦與否。基于圖像處理的自動(dòng)聚焦算法中常用的聚焦評價(jià)函數(shù)的類型大致有：灰度梯度函數(shù)、信息學(xué)函數(shù)、頻域函數(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)函數(shù)等。用微積分法對圖像進(jìn)行梯度變換，將圖像的邊緣增強(qiáng)處理，使聚焦圖像與離焦圖像的評價(jià)函數(shù)值更加分明，提高了準(zhǔn)確聚焦的靈敏度。該方法是目前安防一體機(jī)機(jī)芯使用得較多的一種。

此外，一體機(jī)機(jī)芯的好壞直接決定了一體化攝像機(jī)產(chǎn)品之間的差距。限制一體機(jī)發(fā)展的瓶頸在于自動(dòng)聚焦，聚焦速度和效果好壞，直接影響到用戶對監(jiān)控現(xiàn)場圖像的抓取和錄像。好的產(chǎn)品，可以一次性準(zhǔn)確聚焦;差的產(chǎn)品，在聚焦時(shí)會(huì)來回往復(fù)，需要3、4次才能定焦，或者聚焦不到“最清晰點(diǎn)”。自動(dòng)聚焦這一技術(shù)，成為廠商急需要解決的技術(shù)難題。

自動(dòng)曝光功能同樣也是重要的3A功能之一，通過IRIS調(diào)節(jié)來尋求合適的曝光，以得到更加清晰的畫面。這項(xiàng)功能在一體機(jī)機(jī)芯對不同場所進(jìn)行變倍監(jiān)控時(shí)，其效果立竿見影。

除此之外，一體化機(jī)監(jiān)控范圍更廣，特別適用于各類大范圍監(jiān)控場所。對于高溫、雨雪等惡劣的室外環(huán)境，通過良好的防爆、防水等功能的配置，能夠解決用戶室外監(jiān)控的后顧之憂。另外，對于特殊環(huán)境的需求，一體化機(jī)芯同樣有著出色表現(xiàn)，有專門用于生化環(huán)境的防腐蝕一體化攝像機(jī)、有可用于海底的防水一體化攝像機(jī)，還有為應(yīng)對室外高溫天氣而研制的，具有散熱功能的一體化攝像機(jī)等。可以樂觀地預(yù)計(jì)，隨著一體化機(jī)芯功能優(yōu)勢的全面發(fā)揮，將會(huì)給各類安防應(yīng)用帶來更積極的監(jiān)控體驗(yàn)。

上述諸多優(yōu)勢，可清晰看到一體化機(jī)芯廣闊的發(fā)展前景。面對視頻監(jiān)控高清化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢，一體化攝像機(jī)同樣需要在這條道路上長遠(yuǎn)發(fā)展,因此百萬高清一體化機(jī)芯應(yīng)運(yùn)而生。對比模擬一體化機(jī)芯，百萬高清一體化機(jī)芯有諸多優(yōu)勢。

百萬高清一體機(jī)對比模擬產(chǎn)品的優(yōu)勢明顯

百萬高清一體機(jī)機(jī)芯與模擬產(chǎn)品主要差別在于，百萬高清一體機(jī)機(jī)芯是數(shù)字信號輸出，而模擬產(chǎn)品要經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換，模數(shù)——數(shù)模兩次轉(zhuǎn)換，最終輸出為模擬信號。另外一個(gè)大的區(qū)別則是感光器的差異，雖然CCD也可以做到百萬高清，但是因成本關(guān)系，目前主流的百萬高清一體機(jī)機(jī)芯的感光器均采用CMOS，而模擬產(chǎn)品則是采用CCD。因?yàn)檫@兩點(diǎn)，導(dǎo)致百萬高清一體機(jī)對比模擬產(chǎn)品優(yōu)勢明顯。

首先是分辨率，傳統(tǒng)模擬彩色攝像機(jī)采集垂直分辨率，目前最高達(dá)到600線左右已經(jīng)是目前的極限，而數(shù)字高清攝像機(jī)最低可達(dá)800線以上，并且從分辨率上來看，傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)最高分辨率可以達(dá)到D1或者4CIF左右，約合（40萬像素），而數(shù)字?jǐn)z像機(jī)則沒有此項(xiàng)限制，可以達(dá)到百萬級像素甚至千萬級像素，兩者之間在像素和清晰度方面的表現(xiàn)則根本不可同日而語。

其次是清晰度，傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)原本分辨率就不高，加之要受到兩次的A/D轉(zhuǎn)換、電磁傳輸干擾、CCD所特有的隔行掃描、D1畫面的合成反交錯(cuò)等視頻損傷的影響，實(shí)際到達(dá)人眼時(shí)已經(jīng)非常的模糊不清了。所以無論是D1還是4CIF等只不過是理論數(shù)值，在實(shí)際應(yīng)用中清晰度則完全達(dá)不到理論數(shù)值水平。而百萬高清一體機(jī)采用的是數(shù)字信號傳輸，它將光信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后由DSP進(jìn)行圖像壓縮與處理，最后輸出數(shù)字壓縮視頻。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)在抗電磁干擾性、逐行掃描、畫面分辨率方面都擁有傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)所不能比擬的優(yōu)勢。簡而言之，百萬高清一體機(jī)的畫面比模擬產(chǎn)品畫面要顯得尤為干凈、清晰。

第三，百萬高清一體機(jī)機(jī)芯大多采用CMOS傳感器，其圖像掃描模式為逐行掃描，每一幀圖像均由電子束順序一行接著一行連續(xù)掃描而成。而快門方式為先掃描方式，數(shù)據(jù)傳輸更快更便捷（如圖1）。

圖1 CMOS芯片的線掃描快門

而傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)的傳感器為CCD，掃描模式則采用隔行掃描，隔行掃描的行掃描頻率為逐行掃描時(shí)的一半，隔行掃描由于其工作原理所以在應(yīng)用中擁有諸多缺點(diǎn)，例如產(chǎn)生行間閃爍效應(yīng)、出現(xiàn)并行現(xiàn)象或出現(xiàn)垂直邊沿鋸齒化現(xiàn)象等不良效應(yīng)。此外其快門方式為全局曝光，即一次性曝光畫面內(nèi)全部像素，再一次性輸出，因此對于內(nèi)存要求較高，且數(shù)據(jù)傳輸效率不高（如圖2）。

圖2 CCD芯片的全局快門

正因?yàn)榭扉T及掃描方式的不同，CCD有本身導(dǎo)致的固有問題一直無法徹底解決，其中之一是smear現(xiàn)象，即漏光現(xiàn)象（如圖3）。它是由于存儲(chǔ)區(qū)域溢出而導(dǎo)致的。

圖3 CCD芯片的SMEAR現(xiàn)象

圖4 CCD CMYG序列

圖5 CMOS RGB序列

第四，百萬高清一體機(jī)機(jī)芯的色彩還原比模擬產(chǎn)品更加真實(shí)。從根本上來說，是因?yàn)榘偃f高清一體機(jī)機(jī)芯采用的CMOS為原色序列RGB。而模擬產(chǎn)品采用的多為補(bǔ)色CCD，像素序列為CMYG。參見圖4及圖5.從圖中可以看出，同樣的像素單位中，RGB序列的綠色成分更多，而色彩還原中綠色占很大成分。加上本身RGB直接原色輸出，而CMYG需要計(jì)算來得到原色，色彩還原的效果自然也有折扣。

并且在后續(xù)信號處理過程中，模擬視頻信號中的亮度信號與色度信號由于占用了相同的頻帶，在由ISP做信號分離時(shí)，很難將色度與亮度信號徹底分離，導(dǎo)致畫面出現(xiàn)雜色斑點(diǎn)與色滲透現(xiàn)象。而數(shù)字高清攝像機(jī)則沒有這個(gè)煩惱，全部獨(dú)立輸出，因此色彩更加的逼真、更加富有層次感、畫面飽和度更佳。第五，傳統(tǒng)模擬一體機(jī)，輸出模擬信號，通常布線中要考慮控制控制線，視頻線，電源線均需獨(dú)立布線。而百萬高清一體機(jī)芯，無論用來做HDSDI輸出，還是網(wǎng)絡(luò)輸出，均可以減少布線，對于工程來說更加方便。

第五，傳統(tǒng)模擬一體機(jī)機(jī)芯輸出模擬信號，在模擬信號的基礎(chǔ)上不易再進(jìn)行其他操作，發(fā)展空間不大。而百萬高清一體機(jī)機(jī)芯采用數(shù)字信號輸出，可以在后端再進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化傳輸，可與其他產(chǎn)品聯(lián)動(dòng)，也可采用基于服務(wù)器的視頻分析，以此創(chuàng)建更加智能的系統(tǒng)和改善整體安全性能，同時(shí)簡化操作。有了百萬像素一體機(jī)，智能化系統(tǒng)可以做的更好，與傳統(tǒng)模擬一體機(jī)相比，更加清晰的圖像可以使視頻分析獲得更高的準(zhǔn)確度。

結(jié)束語

在產(chǎn)品日新月異的今天，各種配套的綜合硬件得到了不斷的改善和升級，軟件也得到了長足的發(fā)展，用戶對于百萬高清的認(rèn)識也不斷深入，可以說數(shù)字百萬高清一體機(jī)機(jī)芯大展拳腳的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。從目前數(shù)字百萬高清產(chǎn)品的各項(xiàng)功能和參數(shù)來說，產(chǎn)品已經(jīng)基本成熟，市場上對于高清的長期需求將得到切實(shí)的滿足。可以預(yù)見，未來在安防行業(yè)內(nèi)將刮起一股強(qiáng)勁的數(shù)字百萬高清一體機(jī)機(jī)芯颶風(fēng)。

作者單位：上海樂金廣電電子有限公司