宋國輝

（深圳市泓嘉精密影像有限公司，廣東深圳 518000）

目前，從視頻到數(shù)據(jù)、從AI 到AIOT，全面構(gòu)建數(shù)字化攝像頭視頻模組，建立城市各個領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)平臺安防系統(tǒng)已經(jīng)成為大勢所趨。正是由于智慧安防領(lǐng)域中大量智能安防技術(shù)的出現(xiàn)才使得安防行業(yè)市場快速發(fā)展，全面推動了視頻監(jiān)控技術(shù)的信息化、智能化不斷升級。例如本文中將要探討的數(shù)字化攝像頭模組技術(shù)已經(jīng)不斷深入發(fā)展到智慧安防的各個領(lǐng)域中，應(yīng)用于交通指揮中心、車站、博物館、展廳、商場、貨運(yùn)碼頭等各個監(jiān)控場所中，并發(fā)揮了重要價值作用。

1 數(shù)字化攝像頭模組在智慧安防領(lǐng)域中的應(yīng)用概述

數(shù)字化攝像頭模組主要負(fù)責(zé)智能視頻監(jiān)控，其組成部分包括了攝像頭、傳輸模塊、顯示模塊、控制模塊以及記錄登記模塊五大部分。主要通過控制主機(jī)將視頻信號分配到各種監(jiān)視器以及錄像設(shè)備中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對云臺行為的有效控制，建立特殊錄像處理技術(shù)模式。在這一套系統(tǒng)中，運(yùn)用最多的就是云臺攝像頭，它是數(shù)字化攝像頭模組中的核心部件，是對傳統(tǒng)攝像頭的升級。它主要通過控制云臺底座自由轉(zhuǎn)動（可轉(zhuǎn)動范圍達(dá)到270°～360°）來做到基本全向監(jiān)控。就目前城市內(nèi)公共場合監(jiān)控與安防而言，數(shù)字化攝像頭模組所提供的全景監(jiān)控形態(tài)表現(xiàn)相當(dāng)良好[1]。

就廣角云臺而言，其所適合的應(yīng)用場景相當(dāng)之多，而伴隨安防監(jiān)控事業(yè)的快速向前發(fā)展，業(yè)內(nèi)也逐漸提高了對于數(shù)字化攝像頭模組的清晰度、穩(wěn)定性、安全性、隱私性應(yīng)用要求。在智能安防布局整體建設(shè)過程中，目前的數(shù)字化攝像頭模組在人臉抓拍、人臉識別對比、停車場車牌識別、車位檢測、車流量統(tǒng)計(jì)等方面表現(xiàn)出色。而在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)出現(xiàn)以后，數(shù)字化攝像頭模組也進(jìn)一步擴(kuò)大了自身在智慧安防領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，在溫濕度探測、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控等領(lǐng)域大展身手，全面豐富了智慧安防領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容。就以數(shù)字化云臺攝像頭模組設(shè)計(jì)為例，其云臺設(shè)計(jì)采用自動旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)角度更大可完全實(shí)現(xiàn)全景拍攝）設(shè)計(jì)，不但提高了畫質(zhì)水平，也深度挖掘設(shè)計(jì)出了智能偵測等功能模塊，基本實(shí)現(xiàn)了AI+安防聯(lián)合操作技術(shù)要求，徹底解決了云臺智能化安防工作中一切問題。目前國內(nèi)某些機(jī)電企業(yè)就已經(jīng)深入開發(fā)研究了全新的數(shù)字化攝像頭模組，其在云臺轉(zhuǎn)速、承重、攝像頭掃描監(jiān)視范圍、云臺整體結(jié)構(gòu)等方面都有改良，提出了針對性解決方案。就以云臺承重改良技術(shù)為例，某些機(jī)電公司已經(jīng)研究開發(fā)出了高速球型云臺攝像機(jī)，該攝像機(jī)在深入研究球型云臺大體積的同時，也滿足了其大力矩快速、大范圍轉(zhuǎn)動要求。在巧妙加入齒輪箱設(shè)計(jì)平臺后，球型云臺能夠通過齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速變位，合理分配變位系數(shù)，優(yōu)化計(jì)算嚙合角度與滑移率、重合度，最終校核、改善云臺電機(jī)齒輪箱效率、噪聲以及精確度。

在數(shù)字化攝像頭模組前端攝像機(jī)的快速定位方面，則專門設(shè)計(jì)了快速跟蹤移動目標(biāo)功能，這使得攝像頭模組在監(jiān)控全程都不會出現(xiàn)盲區(qū)，真正做到了快速跟蹤、快速響應(yīng)。攝像頭云臺齒輪箱的解決方案則主要通過內(nèi)置高解細(xì)分步進(jìn)電機(jī)配合攝像頭云臺齒輪箱來共同實(shí)現(xiàn)，其中更利用到了擁有1～4級多層級且可變換的傳動機(jī)構(gòu)，它能調(diào)整齒輪箱輸入轉(zhuǎn)速以及力矩，同時調(diào)整數(shù)字化攝像頭模組中的云臺水平與垂直連續(xù)運(yùn)行角度、速度等，基本能夠滿足攝像頭連續(xù)跟蹤監(jiān)控目標(biāo)要求，再根據(jù)目標(biāo)變化來調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度的靈敏性，確保云臺能夠快速旋轉(zhuǎn)，捕捉畫面。就軟硬件方面而言，在數(shù)字化攝像頭模組中，大量軟硬件的應(yīng)用也相當(dāng)深入。例如在建立智能控制云臺，完善硬件基礎(chǔ)上，還引入了圖像處理技術(shù)、人工智能AI 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)等，確保模組能夠智能捕獲各種跟蹤拍攝對象，實(shí)現(xiàn)對拍攝構(gòu)圖的有效優(yōu)化，而硬件云臺也能與攝像設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。與此同時，這一設(shè)計(jì)對于模組主動判斷、預(yù)警并智能防御突發(fā)事件也有一定好處[2]。

眾所周知，目前的智能安防領(lǐng)域中各種業(yè)務(wù)內(nèi)容逐漸豐富，特別是數(shù)字化攝像頭模組的加入真正實(shí)現(xiàn)了對于技術(shù)邊界的有效消融，同時擴(kuò)展場景、靈活調(diào)配資源、真正建立了一個全生態(tài)的現(xiàn)代化智能安防體系。在新模組驅(qū)動下，智能安防行業(yè)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)拓展，在未來“IoT+AI+”視頻監(jiān)控技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用下逐漸實(shí)現(xiàn)了對于智慧安防領(lǐng)域技術(shù)體系的有效下沉，在智能汽車自動駕駛、智慧醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等下游新興產(chǎn)業(yè)中也實(shí)現(xiàn)了有效應(yīng)用，它已經(jīng)全面影響到了當(dāng)前智慧安防市場的發(fā)展布局[3]。

2 數(shù)字化攝像頭模組的設(shè)計(jì)方案

2.1 外置ISP技術(shù)數(shù)字化攝像頭模組設(shè)計(jì)方案概述

文中所要介紹的是一種外置ISP 技術(shù)的數(shù)字化攝像頭模組，相比于市面上傳統(tǒng)的攝像頭模組來說，外置ISP 數(shù)字化攝像頭模組能夠完成圖像輸出任務(wù)，并在該基礎(chǔ)上根據(jù)不同環(huán)境對圖像進(jìn)行針對性處理，改善用戶體驗(yàn)。ISP 技術(shù)屬于一種攝像機(jī)專用技術(shù)，它參考人眼視覺要求來分析攝像機(jī)所拍攝到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行即時轉(zhuǎn)換與處理，其目的就是確保圖片或視頻更加適于人眼觀看。在ISP 數(shù)字化攝像頭模組中包含了多種功能模塊，且每一個功能模塊都會針對原始數(shù)據(jù)中所出現(xiàn)的問題進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)分析。例如降噪模塊能夠減少噪聲干擾，顏色調(diào)節(jié)模塊則可調(diào)整圖像顏色，使其更加自然真實(shí)。而近年來，伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，高清攝像機(jī)也已經(jīng)出現(xiàn)，并為攝像機(jī)圖像質(zhì)量提升選擇引入ISP 技術(shù)。作為CMOS 與CCD 攝像機(jī)中的重要器件，ISP 對于傳感器中所生成的圖像數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行后期處理，這是因?yàn)閭鞲衅髦背鰣D像質(zhì)量相對不理想，在細(xì)節(jié)與色彩方面都有較大瑕疵，因此需要利用ISP 技術(shù)進(jìn)行處理，例如去噪、去壞點(diǎn)、邊緣強(qiáng)化、白平衡校正處理等。

2.2 外置ISP技術(shù)數(shù)字化攝像頭模組結(jié)構(gòu)組成內(nèi)容

所謂外置ISP 技術(shù)攝像頭模組，其主體部分包括了護(hù)殼、鏡頭以及外置ISP 模塊，另外內(nèi)部還有LED顯示屏、伸縮裝置以及格式處理器。就以格式處理器為例，它能夠在表面設(shè)置存儲控制器，主要處理音頻裝置內(nèi)容，連接LCD 接口，建立攝像頭模組，同時分析、處理ISP 模塊中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)內(nèi)容，以追求獲得較好的分析處理效果。如圖1所示[4]。

圖1 外置ISP技術(shù)攝像頭模組示意圖

圖1中，外置ISP 技術(shù)攝像頭模組中就包括了1主體護(hù)殼、2 鏡頭、3內(nèi)部LED 顯示屏、4伸縮裝置以及5外置ISP 模塊。除此之外，模組中還包含了存儲控制裝置、音頻處理裝置、圖像控制器、格式處理器、電性連接裝置等[5]。

2.3 外置ISP技術(shù)的數(shù)字化攝像頭模組設(shè)計(jì)流程

為了體現(xiàn)外置ISP 技術(shù)數(shù)字化攝像頭模組技術(shù)優(yōu)勢，下文給出具體的技術(shù)方案，研究其設(shè)計(jì)技術(shù)流程。

（1）要確保外置ISP 技術(shù)攝像頭模組中的主體護(hù)殼、鏡頭以及外置ISP 模塊設(shè)計(jì)到位，結(jié)合內(nèi)部LED顯示屏與伸縮裝置設(shè)置鏡頭，保證外置ISP 模塊位于鏡頭上方位置，同時建立從內(nèi)腔到外部的圖像控制器、音頻處理器以及格式處理器，合理布局LCD 連接口。在LCD 連接口內(nèi)表面則直接套接了LCD 內(nèi)置圈，保證格式處理器與音頻處理裝置能夠?qū)崿F(xiàn)相互之間的電性連接。

（2）需要優(yōu)選LCD 接口，設(shè)計(jì)其接口為圓柱體，并在LCD 內(nèi)置圈內(nèi)套接LCD 接口環(huán)形內(nèi)腔。相比于現(xiàn)有技術(shù)，新設(shè)計(jì)方案對于外置ISP 技術(shù)攝像頭模組的設(shè)計(jì)優(yōu)化非常到位，它主要在設(shè)備主殼外側(cè)設(shè)置外置ISP 模塊，可以快速對所拍攝照片進(jìn)行ISP 模塊分析處理，進(jìn)而獲得更高的圖片質(zhì)量，最終正常輸出數(shù)字化圖片。而在拍攝、預(yù)覽并輸出對應(yīng)聲音時，則利用模組中的音頻解碼器對音頻進(jìn)行處理，再通過數(shù)據(jù)接口拷貝輸出數(shù)據(jù)內(nèi)容，最后留存歷史數(shù)據(jù)[6]。

3 案例簡析

數(shù)字化攝像頭模組在當(dāng)前的智慧安防領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，例如它在智能汽車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用就相當(dāng)深入，它決定了智能汽車是否能夠正常行駛，導(dǎo)航系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行。下文結(jié)合案例簡單來談。

3.1 數(shù)字化攝像頭的設(shè)計(jì)

某地區(qū)專門為智能汽車控制要求安裝了數(shù)字化攝像頭模組，其數(shù)字化攝像頭所采用的是一款高分辨率CMOS 數(shù)字化圖像傳感器，其中內(nèi)置10位雙通道A/D 轉(zhuǎn)換器，可輸出32位圖像數(shù)據(jù)，在自動增益與自動白平衡控制方面表現(xiàn)出色，可實(shí)現(xiàn)對亮度、對比度、飽和度等多種數(shù)據(jù)指標(biāo)的有效調(diào)節(jié)。目前，某地區(qū)將這一模組應(yīng)用于動態(tài)圖像采集系統(tǒng)中，其數(shù)字化攝像頭具有極好穩(wěn)定性，在靈敏度表現(xiàn)上也相對較強(qiáng)，且體積相當(dāng)之小。

3.2 智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

某地區(qū)的數(shù)字化攝像頭模組中設(shè)計(jì)了智能控制系統(tǒng)軟件，主要用于支持操控?cái)?shù)字化攝像頭。該軟件是能夠?qū)崿F(xiàn)I2C 串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模瑫r也能輸出黑白信號，充分考慮到不同等級公路路面與路邊緣標(biāo)記色彩方差較大這一現(xiàn)實(shí)問題。在提高信息傳遞速率的同時，也希望將攝像頭信號輸出方式調(diào)整為并行數(shù)據(jù)傳輸方式，如此對于動態(tài)監(jiān)視視頻圖像具有一定好處，當(dāng)然也能配合傳統(tǒng)串行數(shù)據(jù)進(jìn)行通信。

在智能汽車控制軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取以及存儲部分中，則主要利用數(shù)據(jù)二值化技術(shù)進(jìn)行操作，分析比較數(shù)據(jù)內(nèi)容，計(jì)算數(shù)據(jù)誤差，控制數(shù)據(jù)類型。由此所衍生出的智能汽車控制算法可參考圖2[7]。

圖2 智能汽車控制軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2中，當(dāng)智能汽車控制軟件系統(tǒng)監(jiān)測到模組中央控制單元時鐘時，需要分析其運(yùn)行穩(wěn)定性，在保證穩(wěn)定狀態(tài)下才能啟動攝像頭進(jìn)入正式工作狀態(tài)中。如此就能結(jié)合數(shù)據(jù)庫標(biāo)記交通出道口，分析車輛位置是否符合預(yù)設(shè)要求，確保車輛監(jiān)控誤差輸出為0。如果車輛位置偏離預(yù)設(shè)位置，則誤差輸出數(shù)據(jù)會伴隨偏角變化而發(fā)生改變[8]。

4 結(jié)束語

文章主要探討了數(shù)字化攝像頭模組在智慧安防領(lǐng)域中的各種技術(shù)應(yīng)用，可以看到該模組技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于各個行業(yè)領(lǐng)域中，并發(fā)揮了其應(yīng)有的科技價值，例如本文中所探討的外置ISP 技術(shù)數(shù)字化攝像頭模組以及應(yīng)用于智能車輛監(jiān)控檢測的數(shù)字化攝像頭模組技術(shù)。所以在未來，還應(yīng)該進(jìn)一步研究這一技術(shù)，確保它能夠服務(wù)于更多行業(yè)領(lǐng)域，造福社會大眾。