□ 文/吳 迪

安防產(chǎn)業(yè)發(fā)展分為三個(gè)階段，給人看——解決看得清的問題，產(chǎn)業(yè)以PQ（Picture Quality 圖像質(zhì)量）拉動(dòng)，2018年之前處于此階段；幫人看——解決看得懂的問題，產(chǎn)業(yè)以PQ+AI雙輪驅(qū)動(dòng)，目前處于此階段；給機(jī)器看——完全釋放人力，產(chǎn)業(yè)以AI+APP（Application 應(yīng)用）場(chǎng)景化帶動(dòng)，預(yù)計(jì)2020年以后進(jìn)入此階段。星光級(jí)技術(shù)是PQ時(shí)代的核心產(chǎn)物，隨著技術(shù)的不斷迭代，也正在為AI時(shí)代的全面到來提供優(yōu)質(zhì)的圖像質(zhì)量保證。

星光級(jí)技術(shù)在安防行業(yè)已經(jīng)火了好幾年，其效果優(yōu)勢(shì)讓該技術(shù)的產(chǎn)品化進(jìn)程加快，遍地可見的星光產(chǎn)品也加劇了各個(gè)安防廠家在“星光”上的競(jìng)爭(zhēng)。星光級(jí)攝像機(jī)經(jīng)過了前后幾代的發(fā)展，但效果依然良莠不齊，優(yōu)勢(shì)技術(shù)依然掌握在?？?、天地、大華等主流廠家手中，其他廠家也都在窮追猛趕。龐大的市場(chǎng)需求不斷促使新產(chǎn)品的誕生，星光級(jí)技術(shù)，如何為AI賦能，安防行業(yè)正在面臨異常激烈的星光技術(shù)對(duì)弈。

概念對(duì)弈：星光級(jí)技術(shù)的前世今生

星光級(jí)技術(shù)的每一次進(jìn)步都伴隨著一次新概念的包裝，這些概念來自于當(dāng)時(shí)的核心技術(shù)廠商，讓我們來回顧一下星光技術(shù)的前世今生。

“星光級(jí)技術(shù)”的前身是“低照度技術(shù)”。傳統(tǒng)的攝像機(jī)在夜晚都是紅外燈補(bǔ)光，呈現(xiàn)出來的是黑白效果。這些錄像對(duì)事件的查看造成很多不利影響，會(huì)丟失很多的色彩信息和關(guān)鍵細(xì)節(jié)，于是“低照度技術(shù)”應(yīng)運(yùn)而生，這個(gè)概念始于2014年，是指攝像機(jī)在照度較低時(shí)，圖像清晰度、噪點(diǎn)抑制能力都有較好表現(xiàn)。在2015年發(fā)展成為“星光級(jí)技術(shù)”，并在行業(yè)內(nèi)流傳開來。何謂星光？星光級(jí)技術(shù)亮點(diǎn)就是低照度和大靶面，可以徹底解決攝像機(jī)低照效果差的問題，通常意義下，星光級(jí)技術(shù)是讓攝像機(jī)在照度低至0.002Lux的環(huán)境光下，依舊能夠輸出清晰彩色視頻的技術(shù)。為什么叫星光級(jí)呢，因?yàn)樵谥挥行切堑墓饩€、沒有任何外界補(bǔ)光的夜晚，最低照度就是0.002Lux。

2015年星光級(jí)技術(shù)經(jīng)歷了一代、二代的變革，在色彩還原、噪點(diǎn)抑制抑制上有所提升，2016到2018年是星光技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)段，各廠家開始推出星光技術(shù)的變種革新技術(shù)，如天地偉業(yè)推出的 “超星光系列”、?？低曂瞥龅摹昂诠鈹z像機(jī)”、大華推出的“極光系列”……當(dāng)然，不管大家在概念層面如何競(jìng)爭(zhēng)，技術(shù)的核心目的是一致的，而且廣大客戶的眼睛是雪亮的，能拿出出色的夜視效果才是關(guān)鍵，星光技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向了實(shí)戰(zhàn)，并不斷向?qū)嵱没l(fā)展，行業(yè)內(nèi)基于此的競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)不斷加劇。那么下一個(gè)星光概念是什么，誰又能再次引領(lǐng)“星光級(jí)技術(shù)”的發(fā)展，我們拭目以待。

▲一代星光效果

▲二代星光效果

▲超星光 4.0效果（右側(cè)，左側(cè)為極低照度下iPhoneX拍攝的現(xiàn)場(chǎng)情況）

技術(shù)對(duì)弈：研發(fā)星光級(jí)攝像機(jī)的難點(diǎn)

如今，幾乎任何安防廠家都有自己的星光產(chǎn)品線，但在星光效果的表現(xiàn)上卻參差不齊，這取決于不同廠家對(duì)“星光級(jí)技術(shù)”的積淀程度的不同，也從另一方面體現(xiàn)了研發(fā)星光攝像機(jī)并不是將像組裝積木那樣簡(jiǎn)單。技術(shù)難點(diǎn)有如下幾個(gè)方面：

光路設(shè)計(jì)原理：

光路設(shè)計(jì)是指光線從自然界到在攝像機(jī)上最終成像經(jīng)歷的路徑以及路徑上主要部件的選型，這是決定星光攝像機(jī)效果的首要因素。影響攝像機(jī)成像效果的主要部件是鏡頭和傳感器，那這兩者的選型和調(diào)校就顯得尤為重要。

鏡頭是攝像機(jī)成像的第一個(gè)光學(xué)部件。鏡頭的最大光圈是其中很重要的一個(gè)因素，光圈越大進(jìn)光量越大，從而彩色效果越好，反之則效果越差，但鏡頭光圈越大，景深卻越淺，即場(chǎng)景中聚焦清晰的范圍越小，所以要在進(jìn)光量與景深之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。與此類似的另一個(gè)參數(shù)是攝像機(jī)慢快門，當(dāng)快門越慢，進(jìn)光量越大，畫面亮度提高，但相對(duì)的運(yùn)動(dòng)物體的拖影也越嚴(yán)重，所以快門值也是把雙刃劍，需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景匹配相應(yīng)的值。此外鏡頭的材質(zhì)也會(huì)影響效果，如玻璃鏡頭成像色彩逼真、穩(wěn)定，塑料鏡頭雖然經(jīng)濟(jì)性好但是容易出現(xiàn)虛焦等問題。在不同規(guī)格的鏡頭中做選擇是很多安防廠家經(jīng)常遇到的難題，以天地偉業(yè)超星光3.0為例，其采用F0.95超大光圈、超低色散的全玻璃鏡頭，并配合快慢快門自適應(yīng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)夜視效果的最佳匹配。

傳感器（sensor）是將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的部件，目前主流的前端產(chǎn)品（IPC或球機(jī)）都采用CMOS傳感器，雖然在剛起步時(shí)，由于兩種傳感器結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理的不同，CMOS在低照下的成像效果不如CCD，但隨著背照式CMOS的推出，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了調(diào)整，光線通過透鏡后能直接到達(dá)感光面，使靈敏度有了質(zhì)的飛躍，而傳感器靈敏度正是攝像機(jī)在微弱環(huán)境光中依然能獲得清晰彩色圖像的最大保障，上面提到的感光面及靶面，靶面越大，其光學(xué)靈敏度就越高，就能捕捉到環(huán)境中零星的光線完成成像。

基于如上的硬件平臺(tái)，我們就可以設(shè)計(jì)成像的光路了，是否搭配紅外或白光來補(bǔ)光，是選擇單sensor、單鏡頭還是雙sensor單鏡頭，還是單sensor雙鏡頭，亦或是雙sensor雙鏡頭，這些考量都會(huì)直接影響星光效果。不同架構(gòu)都會(huì)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可能是成本上的，也可能是效果上的。如通過紅外補(bǔ)光雖然可以應(yīng)付一些極端的無光環(huán)境，但是開啟紅外后會(huì)丟失顏色信息，而通過白光補(bǔ)光可以保留顏色信息，但會(huì)一定程度上降低圖像的通透度，但這可以通過ISP的調(diào)節(jié)來改善，因此白光補(bǔ)光會(huì)是一個(gè)趨勢(shì)，如天地的警戒系列。多sensor或多鏡頭會(huì)提升攝像機(jī)的光敏感度，但是會(huì)導(dǎo)致成本的增加，也會(huì)在顏色矯正等因素上上引入新的難題。

但是困難越多，方法越多，實(shí)際上，?？?、天地等廠家已經(jīng)探索出單鏡頭雙sensor的成熟方案，以天地偉業(yè)推出的超星光4.0為例，它代表了PQ時(shí)代的最高技術(shù)，通過顛覆式雙光路設(shè)計(jì)：像素級(jí)逐幀融合，可實(shí)現(xiàn)無光全彩；馭光級(jí)光通控制技術(shù)：最新一代硬件方案組合，使用最先進(jìn)的傳感器工藝，通光量提升30%，極限光路設(shè)計(jì)，全波長(zhǎng)全光路增透，對(duì)環(huán)境光的感應(yīng)達(dá)到極致。

原始輔助數(shù)據(jù)：

光路設(shè)計(jì)好了之后，就需要研發(fā)人員通過不斷收集原始的視頻數(shù)據(jù)來輔助效果調(diào)試，包括飽和度、色彩偏差、白平衡、信噪比、銳度數(shù)據(jù)、曝光參數(shù)、可視化數(shù)據(jù)等，這些原始數(shù)據(jù)非常可貴，一般情況下這些數(shù)據(jù)的理論值越理想，攝像機(jī)的實(shí)際效果也越好，所以大家非常關(guān)注這些數(shù)據(jù)。然而這些數(shù)據(jù)的采集不同廠家差別較大，有些小廠沒有數(shù)據(jù)采集和分析過程，一切靠主觀評(píng)價(jià)，效果波動(dòng)較大，客觀性較差，有些廠家采集數(shù)據(jù)的設(shè)備較為簡(jiǎn)陋，大多通過人工，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差且效率低，僅有少數(shù)一些廠家擁有自己的專業(yè)的測(cè)試系統(tǒng)，所有數(shù)據(jù)均由軟件自動(dòng)生成，如?？?、天地等的Image test測(cè)試系統(tǒng)，他們所有指標(biāo)都是通過這套系統(tǒng)測(cè)算，優(yōu)劣一目了然，為研發(fā)人員的效果調(diào)試提供了強(qiáng)有力的指導(dǎo)，這也是這些主流廠家的星光效果一直獨(dú)占鰲頭的原因之一。

ISP效果調(diào)試：

有了數(shù)據(jù)做指導(dǎo)，研發(fā)的效果小組要做的最重要的一件事就是做ISP調(diào)試，經(jīng)過不斷的探索、試驗(yàn)，最終確定最合適的ISP參數(shù)組合，這些參數(shù)包括目標(biāo)亮度值、快門、增益、白平衡、寬動(dòng)態(tài)、飽和度、銳度、降噪等多項(xiàng)指標(biāo)。這些參數(shù)的取得除了靠理論數(shù)據(jù)，還要依據(jù)反復(fù)的實(shí)測(cè)與厚重的經(jīng)驗(yàn)積累，需要有一支龐大且有經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試和研發(fā)隊(duì)伍來完成，這支隊(duì)伍的價(jià)值就是 “星光級(jí)技術(shù)”的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

我們以天地偉業(yè)超星光4.0為例，看ISP效果調(diào)試是如何發(fā)揮作用的。

Smart幀預(yù)判技術(shù)：在保證低照亮度的同時(shí)，對(duì)場(chǎng)景識(shí)別后進(jìn)行幀累積的智能預(yù)判，不會(huì)強(qiáng)制降幀，卻能達(dá)到長(zhǎng)曝光的效果。保證在同樣的場(chǎng)景下，拖影、亮度、噪聲達(dá)到一個(gè)完美的融合?；齑钍筋l空降噪技術(shù)：在使用數(shù)字降噪進(jìn)行頻域降噪的同時(shí)，與空域降噪進(jìn)行配合。避免簡(jiǎn)單的使用頻域降噪帶來較大拖尾的風(fēng)險(xiǎn)。

▲ ISP調(diào)整后

應(yīng)用對(duì)弈：星光與其他技術(shù)的融合

隨著安防行業(yè)的發(fā)展，監(jiān)控?cái)z像機(jī)從最初的視頻采集設(shè)備逐步演化為具有更多附加值的智能化產(chǎn)品，人們希望它們的作用不僅局限于錄像，而是要有一些深層次的應(yīng)用，對(duì)“星光級(jí)攝像機(jī)”來說也不例外，星光與其他技術(shù)相融合來解決更多系統(tǒng)的問題，這會(huì)是一個(gè)趨勢(shì)。

星光+車輛識(shí)別：

星光級(jí)技術(shù)的滲入無疑為交通車牌識(shí)別的全天候使用提供了有力的技術(shù)支持，普通卡口或電警設(shè)備在夜晚或者路燈環(huán)境下，由于夜晚環(huán)境光的色溫及光線陰影問題，會(huì)干擾攝像機(jī)車輛識(shí)別算法對(duì)車牌、車身顏色、車型的建模，給正常的抓拍和識(shí)別帶來很大程度的影響，但星光級(jí)技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)這些問題的解決，起到了事半功倍的效果。

星光級(jí)攝像機(jī)對(duì)環(huán)境亮度的要求較為寬松，適合照度較低的街道或小路，面對(duì)這種環(huán)境，星光級(jí)攝像機(jī)利用獨(dú)特的感光數(shù)據(jù)處理芯片，使整體視覺效果提升數(shù)倍，使原本暗淡的車牌顏色和車身顏色得到更加真實(shí)的還原，避免了由于燈光照射角度而導(dǎo)致的陰影問題，保證了車輛識(shí)別數(shù)據(jù)的真實(shí)有效，讓車輛識(shí)別的環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)，識(shí)別更準(zhǔn)，而且讓低照下提取駕駛員及副駕駛?cè)四樓逦鷪D片采集信息成為可能。同時(shí)采用無爆閃技術(shù)，有效避免了爆閃及常亮補(bǔ)光燈對(duì)司機(jī)的視覺影響，以免造成不必要的交通事故。

▲低照下車牌及駕駛員信息提取

星光+深度學(xué)習(xí)：

2017-2018年，伴隨著深度學(xué)習(xí)算法的成熟，人臉識(shí)別、人體識(shí)別、行為分析等技術(shù)再一次火起來。深度學(xué)習(xí)算法模擬了人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)思考問題的方式，其對(duì)事物抽象、概括能力的顯著提升。將這樣的算法與星光級(jí)技術(shù)相結(jié)合，智能將如虎添翼，以人臉識(shí)別為例，星光級(jí)技術(shù)可以為人臉識(shí)別系統(tǒng)提供更加清晰的夜間畫面，臉部細(xì)節(jié)清晰可見、顏色信息完整保留，極大提升人臉識(shí)別算法在夜間的識(shí)別能力，使整套系統(tǒng)的夜視能力遠(yuǎn)超人眼辨識(shí)范圍。想象一下，在一個(gè)漆黑的深夜郊外，沒有任何輔助光源的情況下，人臉識(shí)別系統(tǒng)依然能準(zhǔn)確識(shí)別出同一畫面內(nèi)的最多100個(gè)人的面部信息，那是一件多么神奇的事情。

▲夜間11點(diǎn)的漆黑環(huán)境下的人臉識(shí)別

星光+警戒：

傳統(tǒng)安防更多關(guān)注事后的視頻圖像取證，或者事中的一些報(bào)警聯(lián)動(dòng)，然而這些都是基于危險(xiǎn)事件、治安案件已經(jīng)發(fā)生這一事實(shí)，因此無法做到事前的主動(dòng)安全防范和預(yù)警。天地偉業(yè)推出警戒系列產(chǎn)品，提出“主動(dòng)安防”的概念，當(dāng)有危險(xiǎn)苗頭的時(shí)候，警戒前端（注意，是前端，也就會(huì)事件發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)）會(huì)通過聲音、白光、激光等組合方式對(duì)看守區(qū)域的人、物進(jìn)行提醒或震懾，同時(shí)后端講這一信號(hào)放大，讓安保人員及時(shí)知道，將危險(xiǎn)、治安案件消滅在萌芽狀態(tài)。因?yàn)榇蠖嘀伟舶讣际前l(fā)生在晚上，所以星光配合警戒系統(tǒng)，可以在夜間對(duì)入侵者產(chǎn)生極強(qiáng)震懾的同時(shí)，還能呈現(xiàn)最為的通透亮麗的彩色畫面，將“主動(dòng)安防”發(fā)揮到極致。

星光+……

儲(chǔ)備對(duì)弈：下一代星光

“星光級(jí)技術(shù)”越是競(jìng)爭(zhēng)激烈，就越能展現(xiàn)出它巨大的發(fā)展空間，星光一定會(huì)在更多的維度進(jìn)化，所有廠家也時(shí)候儲(chǔ)備下一代星光技術(shù)了：

智能星光：

所謂智能星光，是指可以在不同環(huán)境內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)參數(shù)智能化自動(dòng)調(diào)節(jié)，做到完全的場(chǎng)景自適應(yīng)，以匹配最佳的星光效果。當(dāng)前最優(yōu)秀的星光攝像機(jī)在面對(duì)不同的光線、色溫等環(huán)境時(shí)，也需要人工干預(yù)調(diào)整曝光、降噪等參數(shù)來被動(dòng)適應(yīng)環(huán)境的變化，無法做到完全自動(dòng)化。這一現(xiàn)實(shí)由當(dāng)前星光技術(shù)發(fā)展水平所限，因?yàn)橐雽?shí)現(xiàn)智能星光，需要更為復(fù)雜的算法和ISP底層環(huán)境適應(yīng)支持，需要有更多的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累，雖然困難，但“星光級(jí)技術(shù)”的發(fā)展盡頭告訴我們這一定可以在不久的將來得以實(shí)現(xiàn)，就像我們現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了快門、光圈、紅外亮度等參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)一樣。

多鏡頭多sensor星光

如果單鏡頭、單sensor的感光能力達(dá)到瓶頸，我們是否可以通過增加感光器件來實(shí)現(xiàn)感光效果的疊加呢？答案是肯定的，這在理論上可行，不同的光路設(shè)計(jì)原理會(huì)有所差異，但核心都是通過多個(gè)感光將各自的感光能力進(jìn)行累加，達(dá)到效果倍增的目的，讓夜視能力達(dá)到極致，突破視覺極限。?？狄呀?jīng)在單鏡頭雙sensor上做著探索，天地偉業(yè)也在多sensor、多鏡頭上做著技術(shù)儲(chǔ)備。所有的研究成果在不久也許就會(huì)和大家見面，當(dāng)然每家產(chǎn)品的原理和效果一定會(huì)有差異，誰會(huì)更加大膽，誰的效果會(huì)更好，我們把評(píng)判的權(quán)利交給時(shí)間。

機(jī)器視覺星光：滿幀甚至60fps超連貫星光

星光攝像機(jī)夜視效果好的同時(shí)，有時(shí)也會(huì)伴隨著一些副作用，如低照下拖尾、丟幀等問題。機(jī)器視覺星光旨在解決低照拖尾、丟幀問題，智能處理動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，讓夜間動(dòng)態(tài)視頻更加連貫。如天地偉業(yè)TVP技術(shù)，針對(duì)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，可設(shè)定特殊的動(dòng)作閾值，當(dāng)超過該閾值系統(tǒng)判斷為運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，低于該閾值為靜態(tài)場(chǎng)景。在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中通過采取I幀動(dòng)態(tài)補(bǔ)償防止運(yùn)動(dòng)偽影，同時(shí)聯(lián)動(dòng)增益及時(shí)域、空域雙邊濾波降噪做動(dòng)態(tài)處理，確保運(yùn)動(dòng)目標(biāo)不拖尾、周邊細(xì)節(jié)不丟失。

高分辨率星光：高清、低照雙豐收

高清化是必然趨勢(shì)，隨著H.265技術(shù)的普及，以及智能編碼技術(shù)的革新，窄帶高清已經(jīng)不是夢(mèng)，用原來1080P的碼率現(xiàn)在已經(jīng)足夠傳輸5MP甚至是4K的視頻，因此4K及以上的星光、超星光產(chǎn)品會(huì)是不久后的趨勢(shì)，當(dāng)然如前文所述，安防的第二階段是PQ與AI雙輪驅(qū)動(dòng)的時(shí)代，二者相輔相成，誰的需求更為迫切誰的發(fā)展就相對(duì)快一些，相信當(dāng)AI成熟到一定程度，更高分辨率的星光產(chǎn)品會(huì)為AI+安防帶來新的活力，量變引起質(zhì)的飛躍。

總結(jié)：每一次技術(shù)的革新總能引領(lǐng)一次行業(yè)的進(jìn)步，5年前，我們不可能想象得到如今的攝像機(jī)在伸手不見五指的夜晚竟也能呈現(xiàn)清晰的彩色圖像，我還清楚地記得第一次向客戶展示星光攝像機(jī)視頻時(shí)他們那驚訝的表情?！靶枪饧?jí)技術(shù)”近幾年的發(fā)展也許才只是一個(gè)開始，在這新一輪的對(duì)弈中，每個(gè)參與者都不想掉隊(duì)，因此所有廠家都會(huì)滿懷誠(chéng)意的奉上屬于這個(gè)時(shí)代的星光豪禮，為AI賦能，為AI+安防賦能，作為安防人，我們應(yīng)當(dāng)為生活在這樣的時(shí)代而感到自豪，因?yàn)樗倳?huì)給我們一次又一次驚喜！