文/楊圣偉

高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢

文/楊圣偉

隨著視頻監(jiān)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(yè)、個人依賴于視頻監(jiān)控來保證國家、部門、個人的資料以及財產(chǎn)安全，從而也引發(fā)了視頻監(jiān)控在各個行業(yè)的廣泛應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的標(biāo)清監(jiān)控系統(tǒng)只是提供了“看得見”的視頻效果，比如很多現(xiàn)場獲得的圖像數(shù)據(jù)由于太模糊，無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用，當(dāng)需要對圖像細(xì)節(jié)加以甄別判斷時，在視頻圖像放大到相同倍數(shù)的情況下，分辨率越高的圖像可以獲得越清晰細(xì)膩的效果，而分辨率低的圖像可能會產(chǎn)生“馬賽克”，不能為分析設(shè)備提供高質(zhì)量的畫質(zhì)，引起誤報率過高、漏報過多等問題。

在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化大潮的推動和市場需求的驅(qū)動下，用戶對監(jiān)控系統(tǒng)也提出了“看清楚”的要求。2008年，市場上出現(xiàn)了高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，基本解決了白天監(jiān)控“看清楚”問題。高清監(jiān)控應(yīng)用經(jīng)過幾年的發(fā)展，已從概念走向?qū)崙?zhàn)化應(yīng)用階段，并逐漸走向成熟。在此過程中，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)作為高清監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)視頻采集和編碼的核心設(shè)備，也取得了長足的進(jìn)步。特別是剛剛過去的2011年，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的銷售量更是實現(xiàn)了爆發(fā)式增長，證明了用戶對此產(chǎn)品的認(rèn)可。當(dāng)然，對于夜間、光線差異較大等特殊監(jiān)控環(huán)境，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的表現(xiàn)還不能讓人十分滿意，有待進(jìn)一步提高。

在視頻監(jiān)控智能化發(fā)展趨勢已經(jīng)不可阻擋的今天，市場又提出了“看明白”的需求，在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)上實現(xiàn)前端智能化是很有必要的。一方面，“看清楚”是“看明白”的基礎(chǔ)；另一方面，前端智能化對于整個智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)都是有很大益處。

從視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展過程來看：“看得見”（標(biāo)清監(jiān)控系統(tǒng)）、“看清楚”（高清監(jiān)控系統(tǒng)）、“看明白”（智能監(jiān)控系統(tǒng)）這一過程是個發(fā)生、發(fā)展、提高的螺旋上升過程，符合事物發(fā)展的客觀規(guī)律。筆者認(rèn)為，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，近幾年的發(fā)展將會有如下幾個趨勢。

超低照度高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)加速普及

通常用戶總是希望高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)能用于不同的監(jiān)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(jiān)控條件較差，光線昏暗的地方也要求安裝監(jiān)控攝像機(jī)。這些需求的提出對高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的低照度效果提出了極高要求。

低照度是指攝像機(jī)在低照度的環(huán)境下的圖像細(xì)節(jié)還原能力，也是選擇攝像機(jī)的重要指標(biāo)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(nèi)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(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)低照度效果普遍一般。隨著圖像傳感器技術(shù)的提高，以及圖像降噪算法的應(yīng)用，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的低照度效果越來越好！

國內(nèi)外知名安防設(shè)備供應(yīng)商都推出了采用背照技術(shù)的CMOS傳感器的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。背照技術(shù)能夠改善了傳統(tǒng)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(shù)，由于不受金屬線路和晶體管得阻礙，開口率（光電轉(zhuǎn)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(jīng)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(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在低照度下，圖像噪點(diǎn)會比光線較好時增加很多，各種數(shù)字圖像降噪算法也陸續(xù)應(yīng)用于高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。比如，處理靜態(tài)畫面時使用三維濾波，而動態(tài)時則使用二維濾波。兩種降噪算法結(jié)合使用，可以保留重要的細(xì)節(jié)，使圖像更加平滑，并可以盡量減少運(yùn)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(xì)分、處理算法的提升、自動增益細(xì)化等來改善低照度攝像機(jī)的效果，處理完畢后再進(jìn)行圖像合并，出來的畫面效果顯得更加清晰和細(xì)膩。

寬動態(tài)將成為高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)標(biāo)配功能

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

高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)提升動態(tài)范圍的方法一般如下兩種，一個是選用動態(tài)范圍較高的寬動態(tài)專用圖像傳感器，一般此類傳感器的價格相比同樣規(guī)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(xiàn)，在不增加設(shè)備成本的基礎(chǔ)上，大幅提升高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的動態(tài)范圍至100dB以上，這種方法需要使用視頻增強(qiáng)技術(shù)和多次曝光技術(shù)：視頻增強(qiáng)技術(shù)是以圖像中單個像素點(diǎn)為單位對整體圖像加以優(yōu)化，提升畫面中暗區(qū)亮度的同時，降低亮區(qū)的亮度，從而實現(xiàn)亮區(qū)和暗區(qū)的有效整合；多次曝光技術(shù)是圖像傳感器通過一次較長時間的曝光數(shù)據(jù)和幾次較短的曝光數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提取出符合人眼視覺特性曲線的數(shù)據(jù)，使得圖像中的亮部和暗部都同時清晰可見。這種算法根據(jù)場景的不同會自動調(diào)整數(shù)據(jù)融合的曲線，從而達(dá)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(tài)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，以滿足市場上不同的用戶需求。

前端智能化提升監(jiān)控效率

隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善，系統(tǒng)規(guī)模越來越大，功能越來越多。一方面用戶對監(jiān)控圖像質(zhì)量有著越來越高的要求，另一方面變被動為主動的監(jiān)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(shù)來及時、自動地從原始視頻信息中提取大量有用信息，辨認(rèn)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(shù)據(jù)和信息，從而實現(xiàn)報警、提醒關(guān)注等智能行為。這樣優(yōu)勢十分明顯：可實現(xiàn)全天候可靠監(jiān)控，無人監(jiān)控，提高報警精確度，響應(yīng)速度快。如今，智能化監(jiān)控已經(jīng)成為監(jiān)控技術(shù)發(fā)展和市場需求的重要主題。因此，智能化也將會是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)發(fā)展趨勢之一。

高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)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(jiān)控的視頻圖像，經(jīng)過前端智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的分析識別后，只將有異常的圖像傳輸?shù)胶蠖巳ビ涗浥c顯示，因而可大大減輕網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，有效地節(jié)省帶寬資源，同時，也可以減少對存儲空間的占用，節(jié)約整個系統(tǒng)成本。另一方面，在有智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)后端，就只需集中對前端攝像機(jī)發(fā)送過來的目標(biāo)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，而不需要對視頻信號進(jìn)行處理與識別，所以后端系統(tǒng)不需要昂貴的設(shè)備也能完成高效的智能視頻分析。目前在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中已經(jīng)實現(xiàn)或者正在實現(xiàn)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(qū)域檢測等等。

結(jié)束語

綜上所述，隨著高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)逐漸被越來越多的用戶所接受，軟硬件技術(shù)的不斷成熟，相信高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)將憑借其強(qiáng)大的畫質(zhì)優(yōu)勢，智能化功能的逐步應(yīng)用，預(yù)計其未來的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)玫礁涌焖俚陌l(fā)展。

作者單位：浙江大華技術(shù)股份有限公司