架構星光技術的像機成為行業新寵

□文/龔文君

顯而易見，監控的核心時間點是在夜間，夜間正是突發事故和危險的高峰期。傳統監控網絡攝像機采用紅外或者白光補光的方式解決夜間監控問題，雖取得一定成效，但都因各自技術的缺陷而不能從根本上解決問題。如紅外補光丟失了色彩和細節信息，而白光補光只能實現局部補光以及隨之帶來的光污染問題。人們急需一種能在夜間保障其人身財產安全的監控技術，就此星光攝像機應運而生并很快成為主流，在近幾年的安防市場中備受青睞。

什么是星光攝像機

星光攝像機其實就是微光攝像機的一種，是指在星光環境下，無需任何外置的輔助光源，也可以呈現出清晰的彩色圖像。一般以低照度的照度值來判定其是否為星光級攝像機，照度值是指傳感器單位面積上接收到可見光的光通量，通常以Lux（勒克斯）為單位，在安防行業中，通常用“最低照度”值來衡量攝像機的感光度和靈敏度，雖然沒有專門的行業規定，但各個廠家約定俗成最低照度低于彩色：0.002Lux@F1.2，黑白：0.0002Lux@F1.2的攝像機稱為星光攝像機。當然，參數只是一方面，最終的效果才是根本，而星光攝像機不管是在夜間圖像的清晰度上，還是色彩信息的還原上，相對傳統攝像機都有明顯的優勢。

星光攝像機的技術原理和技術難點

星光攝像機的效果主要是由鏡頭、圖像傳感器、后端圖像處理技術三大技術決定，要想取得理想的星光低照度監控效果，需要對著三項技術進行不斷提升。對于鏡頭來說，提升星光效果最有效的方式就是提升進光量，而有效提升進光量的方式就是采用大光圈鏡頭，故一款效果優異的星光攝像機必定采用大光圈鏡頭；當然，我們不可能無限制的提升光圈值，大光圈也有一定的問題，主要是會導致景深變小和強光過曝兩個問題，景深小就會導致監控畫面遠處和近處場景虛焦看不清，強光過曝就會導致如監控中有車燈照射就會畫面一片白，而這時候就需要各個廠家通過自己的圖像算法來優化。而且大光圈還會帶來攝像機成本的增加，越是大光圈的鏡頭，成本也是幾何倍的增加，這對于幾百元一個的攝像機來說還是難以承受，還有就是現有技術還只能實現F1.0量級的大光圈，存在一定的技術壁壘需要突破。

對于傳感器來說，提升星光效果最有效的方式就是加大靶面（傳感器的尺寸）。相同分辨率的攝像機，圖像傳感器靶面面積越大，則其單位像素的感光面積就增加了，從而變相增加了單位面積的進光量。和大光圈一樣，大靶面的傳感器也會帶來成本明顯的提升，不僅是傳感器本身成本的增加，相應配套的鏡頭的成本也會大大增加，這就限制了大靶面的普及和銷售。其次是傳感器工藝的變更，比如背照傳感器技術。傳統的CMOS傳感器每個像素點都要搭配一個對應的A/D轉換器以及對應的放大電路，而這部分電路會占用更多的像素面積，直接導致光電二極管實際感光的面積變小，感光能力變弱。背照傳感器技術通過改善傳統CMOS感光元件內部的結構，讓感光層的元件調轉方向，光能從背面直射進去，避免了在傳統傳感器結構中，光線會受到微透鏡和光電二極管之間的電路和晶體管的影響，從而顯著提高光的效能，大大改善低光照條件下的拍攝效果。

最后是優異的圖像處理技術，比如前面提及的聚焦和智能曝光算法；比如相比于傳統的2D降噪技術(幀內降噪)，采用3D降噪技術（幀間降噪）就可以使圖像噪點明顯減少，圖像會更加清晰透徹，從而顯示出比較純凈細膩的畫面；比如自動增益，能夠將低照度下圖像的亮度維持在相對理想狀況，合理控制噪聲的大小。

架構星光技術的攝像機的誤區

首先星光攝像機只是一個形容詞，并不是說星光攝像機已經實現在星光下就可以看清并呈現彩色，目前星光攝像機最適合的應用場景是城市戶外夜晚（有點路燈），酒店走廊（昏暗，但是有一點光線），地下停車場（也是光線暗）等，千萬不要把星光攝像機用到郊外農村無光或極弱光下，否則不能充分發乎星光攝像機的價值（不能實現彩色畫面的監控）。但相比通用攝像機，監控黑白效果還是會有明顯提升，如果在郊外農村使用星光攝像機，如果要保證彩色圖像，建議另外增加一個白光燈作為微弱補光。

其次，星光攝像機畫面越亮越好的說法也是錯誤的，很多偽星光攝像機就是采用延長曝光時間來保證圖像亮度（很多廠家的宣傳廣告畫面就是采用類似方式），這種方式只能保證在靜止監控畫面下的圖像效果，一旦運用在有移動物體的場景下，特別是快速移動的物體，會帶來嚴重的拖影，根本沒有實際使用價值。還有類似加大數字增益也是相同的原理，在放大亮度信號的同時也放大了噪點信號，由此會產生大量的噪點。

第三，星光攝像機像素越高效果越好，隨著星光越來越火熱，各個廠家不斷吹噓高像素星光攝像機，但實際上很多高像素星光攝像機夜間彩色效果還不如低像素星光攝像機，原因就是前面原理中講到的相同傳感器尺寸下像素點越少，單位像素感光面積越大。故而低噪效果更好，所以要保證高像素星光攝像機的效果，就需要加大傳感器尺寸來保證星光效果，由此也會帶來成本的急劇提升。

星光攝像機漸成市場新寵

星光攝像機在安防行業內現有比較主流的發展方向是不斷提升優化自身的星光效果并加載人工智能。

關于優化自身的星光效果，現在業內主流有三種方式：增加補光成為一體化設備；采用高像素大靶面傳感器的4K星光；采用雙傳感器技術的極光攝像機。增加補光設備應該是現在業內最常用的一種方式，如前文所說，在微光或者無光環境下，星光級攝像機結合星光級鏡頭、白光燈補光，可以很好的解決星光效果不佳的問題，同時也解決了大功率白光燈的光污染和周圍補光效果差的劣勢，因此實現在一些惡劣場景下有效監控。4K星光就是4K高清技術結合星光技術，4K高清擁有800萬像素超高分辨率，清晰度是傳統200萬像素攝像機的四倍，在加上星光級的低噪效果，很好的解決了夜間監控的現實難題?，F在主流的4K星光攝像機都是采用4/3英寸大靶面的傳感器，相較于現在業內主流的200萬1/1.8英寸的傳感器，不僅提高了分辨率，而且在低噪效果上也提升了不少。極光攝像機采用一個鏡頭兩個傳感器的方式，采用分光棱鏡將同一畫面投射到兩個傳感器上，其中一個傳感器采集色彩信息，一個傳感器采集亮度信息，然后把兩個傳感器的信息通過軟件算法進行一一疊加，從而提升低照度效果，并在此技術上結合紅外補光，較好的解決了星光效果的優化和紅外補光丟失色彩信息的缺點。當然，此三種現在都還受限于成本和技術的不成熟而還未大規模運用。

至于加載人工智能其實也已發展了很久，現在比較成熟運用的有道路監控車牌抓拍，一般情況下汽車的號牌在紅外燈照射的情況下會反光，導致車牌處過曝，根本就看不清車牌，傳統的方式是采用白光補光來解決，而刺眼的白光不僅帶來光污染，還帶來安全隱患，星光技術就很好的解決了此問題。再比如人臉識別運用+星光技術也是很好的解決了夜間不能抓人臉的技術難題。當然，人工智能更大的優勢是數據結構化，故在星光級照度攝像機上植入人工智能算法將會給用戶帶來更多的實用價值。如通過智能算法，星光級攝像機可將檢測視野范圍內的所有運動物體進行識別，并對人車物進行分類以及數據結構化，輸出人的性別，年齡，衣服顏色等，車的車型，車標，車身顏色等豐富的結構化語義信息，尤其在凌晨、黃昏光線不太理想的時段效果明顯提升，故星光攝像機結合人工智能會在如今海量監控視頻的大數據時代發揮出無法估量的作用。

其實還有一個永恒不變的方向就是不斷降低星光攝像機的成本，畢竟星光級攝像機能否被市場廣泛接受，能在市場中賣多少、占有多少市場份額、能走多遠、走多塊很大程度上都跟其成本息息相關。對于客戶來說，能花更少的錢獲得更好的效果，何樂而不為呢?

總而言之，星光技術的發展就是為了實現在夜間還能清晰還原低照環境下的圖像細節，從而實現保證一天24小時的彩色監控效果。為了實現這一目標各大廠商都在不同的方向上進行著不懈努力，至于星光攝像機未來到底如何，讓我們拭目以待。