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高清監控攝像機主流技術都有哪些?

寬動態


  數字寬動態并沒有達到真正意義上的擴大成像動態范圍的目的,而是通過軟件的圖像后處理算法提高了局部區域的對比度,一般由攝像機ISP模組實現。我們肉眼可辨別的灰階范圍十分有限,而實際上計算機卻可以區分非常微弱的灰度差異,數字寬動態正是通過圖像處理算法將這些微弱的差異增強到肉眼足以區分。之后在CCD硬件技術基礎上出現了雙幀合成寬動態,解決方法就是用一顆CCD,但是上面的每一點在單一時間內曝光兩次,一次長曝光(低快門),一次短曝光(高快門)。


  所以每一點都有兩個數據輸出,就叫“雙輸出CCD”,利用DSP特有的圖像處理算法,將兩幅圖像當中亮度適當的部分分別切割下來,最后進行疊加合成并輸出一幅明暗區域都清晰可見的圖像。無論是數字寬動態還是雙快門寬動態,其寬動態效果均不理想。


  隨著DSP和CMOS技術的演進,DPS采用的是每一個像素單獨曝光和控制技術,加之利用CMOS傳感器采集的多幀畫面合成一幅完整圖像的線性疊加,相比于CCD的兩次曝光成像有了更高的動態范圍。從數值上來說,采用DPS技術的CMOS攝像機就目前的處理技術,其動態范圍即可到達120dB甚至140dB。寬動態技術已經成為衡量一款攝像機性能的重要指標。就目前來看,標配寬動態功能,已經成為各IPC廠商的共識。


透霧


  隨著近幾年國內霧霾天氣環境的惡化,市場對于透霧攝像機的需求非常強烈,由于光學透霧鏡頭較為昂貴,為了降低透霧攝像機的身價,也為了實現更好的透霧效果,主流IPC廠家都開始在攝像機視頻圖像透霧算法技術上做研究,算法透霧可根據物理上霧霾的形成模型,通過局部區域灰白程度判斷霧霾的濃度,從而復原出清晰的無霧霾圖像。算法透霧能夠保留圖像的原有色彩,同時能夠大幅提升圖像透霧效果。



智能分析


  高清網絡攝像機從2011年推出的移動偵測、視頻遮擋等兩三個智能分析功能,發展到如今,幾乎所有的主流安防廠家高清網絡攝像機標配的智能功能都超過10種,當然目前這些智能功能的標配絕大多數僅局限于中高端行業產品中。按市場業務應用來分,這些智能分析功能可以分為如下幾點:


  1、診斷類智能分析。高清網絡攝像機的診斷類智能分析主要是針對視頻圖像出現的黑屏、模糊、云臺失控、畫面凍結等常見的攝像頭故障、視頻信號干擾如場景變更、物品遺留/消失等進行準確分析、判斷和報警。診斷類智能分析技術實現起來較為簡單,通常這些智能功能都集成在前端,當然后端如NVR也有做類似這樣的診斷類智能功能。


  2、識別類智能分析。高清網絡攝像機的這項技術偏向于對靜態場景的分析處理,通過圖像識別、圖像比對及模式匹配等核心技術,實現對人、車、物等相關特征信息的提取與分析。在對車的識別分析應用上主要是車牌識別技術。車牌識別技術被廣泛應用于各停車場出入口、高速公路收費站等地,近些年更是發展迅速:配合交通電子卡口系統,車牌識別技術被大量用于車輛交通違章的抓拍,有效降低了車輛交通違章數量,大大減少了交通事故的發生。


  3、行為類智能分析。高清網絡攝像機該項技術側重于對動態場景的分析處理。典型的功能有:車輛逆行、防區入侵檢測、人員聚焦檢測、絆線穿越檢測、快速移動、人員徘徊檢測和客流統計等。移動偵測(VMD)是該類智能分析中的“早期智能”,VMD依據視頻畫面中像素塊的運動變化來進行判別,由于是二維的圖像智能分析,誤報較高,無法識別移動的像素塊是干擾還是目標,再加上各安防廠家之間的算法技術差異,行為類和識別類智能分析的準確率普遍不高。


高像素


  2010年高清元年推出的還只是720P高清網絡攝像機,一直到2012年,主流安企高清網絡攝像機還是以130萬和200萬為主,300以上像素還很少。隨著CMOS技術的引入,高清網絡攝像機像吃了一劑強心針,在2013年后,300萬、400萬、500萬、600萬、1200萬像素的攝像機像雨后春筍一般冒上來,這就是技術的創新帶來了產品體系的創新。在現有“珠三角”、“長三角”、“環渤?!敝髁靼财笾?,幾乎高像素成為各廠家的標配,甚至4K成為各廠家的標配。對用戶而言,4K不僅僅是對視覺的體驗和享受,而是4K的分辨率是1080P的4倍,如果用4K攝像機和1080P攝像機拍攝相同視場角下的同一場景,4K攝像機會用4倍于1080P攝像機所用的信息量去還原場景,畫面自然更清晰、更貼近真實。從“用”的角度來講,由于4K畫面的信息量是1080P的四倍,基于更多的信息量,就能實現更準確的智能分析,4K一旦大規模部署,智能分析的準確率就能上升一個臺階,而且也會有更豐富更令人驚喜的智能應用得到實現。


星光級


  行業內公認0.001Lux及以下稱之為星光級攝像機,最具代表性的星光級攝像機就是TI DM8127/安霸S2+索尼IMX185硬件方案,目前廣泛應用于平安城市、金融、酒店樓宇、平安村居、港口、高速公路等項目中,無需大規模安裝補光照明設施,就可以得到較好的夜間高清彩色監控畫面需求。星光級照度監控技術主要受鏡頭、圖像傳感器、后端圖像處理技術等因素的影響,各安企廠家也都是從以下幾個方面進行提升:


  1、利用大光圈鏡頭:鏡頭是攝像部件的重要組成部份,它在低照監控應用技術上的作用是為攝像機聚焦被攝目標的光線,這里的低照應用與技術關鍵在于鏡頭的口徑越大其進光量也會越大,也就是鏡頭光圈的增大可有效提升進光量,從而使攝像機獲得理想的低照度效果。


  2、選用大靶面傳感器:攝像機的本質就是把光能轉化為電能,而量化的核心部件是傳感器,傳感器的作用就是把傳到它身上的不同強度的光線進行光電轉換,轉換成電壓信息最終生成數字圖像信息。而傳感器上接收光線的部位自然是核心中的核心。如果相同分辨率的攝像機,圖像傳感器靶面面積越大,則其單位像素進光量就越大,抑制噪點能力越強,低照度拍攝時,成像畫質也越好。


  3、良好的圖像處理技術:以往的攝像機采用傳統的2D算法來實現降噪功能,而現在采用的3D降噪技術,在原有的幀內降噪基礎上,通過對前后兩幀的圖像進行對比篩選處理,從而將噪點位置找出,對其進行增益控制,3D數字降噪功能能夠降低弱信號圖像的噪波干擾。由于圖像噪波的出現是隨機的,因此每一幀圖像出現的噪波是不相同的。3D數字降噪通過對比相鄰的幾幀圖像,將不重疊的信息(即噪波)自動濾出,采用3D降噪的攝像機,圖像噪點會明顯減少,圖像會更加清晰透徹,從而顯示出比較純凈細膩的畫面。


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