高清監(jiān)控攝像機在平安城市項目中的應用

    不可當ing 隨著安防行業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬閉路監(jiān)控系統(tǒng)正在逐步地被網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)所代替，傳統(tǒng)意義上的模擬監(jiān)控攝像機、視頻電纜、切換控制矩陣和監(jiān)視器的流行組合正在被網(wǎng)絡監(jiān)控攝像機、服務器的未來組合所取代。安防行業(yè)經(jīng)過了幾十年的累積和發(fā)展，現(xiàn)在乃至未來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是以融合了數(shù)字化、整合化、高清化和智能化的網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)為理念不斷發(fā)展前行。

    特別是進入二十一世紀后，無論是在電視節(jié)目轉(zhuǎn)播還是在影視作品的制作方面，與視頻圖像有關(guān)的領(lǐng)域都在朝著高清的方向發(fā)展，安防視頻監(jiān)控行業(yè)自然也包含其中，監(jiān)控圖像的高清化已勢不可擋。

    什么是高清？簡單說，高清即為“高分辨率”。根據(jù)我國高清電視的標準，高清圖像（HD）是指圖像分辨率超過720P或1080i，同時視頻寬縱比為16:9。當物理分辨率達到1080P時稱為全高清（Full HD），如圖3-1所示。

    相比目前業(yè)內(nèi)主流的標清視頻格式（SD），這種清晰度更高而且寬縱比更大的視頻圖像，更適合于在眾多平安城市項目中的應用。一方面當需要對圖像細節(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，分辨率越高的圖像越可以獲得清晰細膩的效果，而分辨率低的圖像可能會產(chǎn)生“馬賽克”，如圖3-2所示。高分辨率，對于在平安城市項目中要求看清人臉、車牌以及監(jiān)控場景中的各局部區(qū)域或行為細節(jié)的需求就顯得尤為重要。

圖3-2 對相同區(qū)域放大相同倍數(shù)后，標清與高清圖像的對比

    另一方面，寬縱比更大的圖像可以有效地增加對橫向區(qū)域的監(jiān)控范圍，就平安城市項目而言，對路口或街道等區(qū)域的監(jiān)控區(qū)域?qū)⒋蟠髷U寬，從而可以極大地提高攝像機的使用效率，實現(xiàn)更大的應用價值。

圖3-3 寬縱比更大的圖像可呈現(xiàn)更多的監(jiān)控場景

    四、索尼高清攝像機的技術(shù)優(yōu)勢及在平安城市項目中的應用

    那么，索尼如何根據(jù)平安城市項目的新功能和新特點，依托各項技術(shù)和應用優(yōu)勢，有效解決上述應用難題呢？

    1、索尼高品質(zhì)的感光芯片，打造出色優(yōu)異的圖像質(zhì)量

    索尼攝像機之所以具有高質(zhì)量的圖像效果和出色的色彩還原能力，與攝像機的核心——感光芯片是密不可分的。索尼從上世紀七、八十年代開始從事感光芯片的研發(fā)，經(jīng)過了三十多年的技術(shù)積累和沉淀，截至目前已經(jīng)有上百款各種功能定位的感光芯片。行業(yè)內(nèi)常見的感光芯片主要有兩種：CCD和CMOS。一直以來，應用于索尼模擬監(jiān)控攝像機中的感光芯片以CCD為主，因為其相比CMOS，具有靈敏度高，色彩還原效果好的特點。

    隨著攝像機，特別是網(wǎng)絡攝像機圖像的分辨率逐步提升，從傳統(tǒng)的標清向高清乃至全高清逐步提升的過程中，CMOS的使用優(yōu)越性也逐步彰顯出來。如表4-1所示，傳統(tǒng)意義上的CCD與CMOS的性能優(yōu)劣勢對比。

表4-1 傳統(tǒng)意義上的CCD與CMOS的優(yōu)劣勢對比

    針對高清圖像對感光芯片的要求，在索尼高清網(wǎng)絡監(jiān)控攝像機中應用的是新一代的Exmor CMOS感光芯片。不同于傳統(tǒng)意義上的CMOS，Exmor CMOS是一款基于CCD像素技術(shù)開發(fā)而來的感光芯片，使得其靈敏度與以往CMOS相比大幅提升。同時通過列集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)設計，應用高速數(shù)字信號降噪技術(shù)，使得Exmor CMOS具有更高的性噪比和更快的讀出速度。

    夜晚時段是平安城市項目最為關(guān)注的時段之一，以低照度效果為例，筆者選取了環(huán)境照度低于1lux的測試環(huán)境，相比索尼高清網(wǎng)絡監(jiān)控攝像機與市場中同系列的產(chǎn)品，效果比較結(jié)果如圖4-2所示。

圖4-2 索尼SNC-CH240（左）與市場同類型產(chǎn)品在相同低照度環(huán)境下的效果對比

    與此同時，基于感光元器件，各種視頻圖像處理技術(shù)也被融入到攝像機中，針對于幾大類使用環(huán)境，相關(guān)處理技術(shù)高效地還原出監(jiān)控場景內(nèi)的點滴變化：

    （1）逐行掃描和動態(tài)幀合成技術(shù)

    平安城市項目中大部分攝像機被應用于道路卡口，路段中部等位置，用于實現(xiàn)車輛監(jiān)控和違法行為監(jiān)控等。就車輛監(jiān)控而言，一般城市內(nèi)機動車的速度限制在40 km/h ~60km/h，在這種情況下，能夠清晰地辨識車牌號碼是基本要求，有些城市還要求能夠看清楚駕駛員和副駕駛員的面部、衣著等特征。

    正如上文所提到的，當車速過快時，拍攝到的監(jiān)控圖像會有明顯的拖尾現(xiàn)象發(fā)生；在夜晚監(jiān)控時由于光照條件不好，這種拖尾的現(xiàn)象就更加明顯。此時，車牌號碼很難被清晰的捕捉到，更別提看清楚駕駛員的面部和衣著特征了！拖尾現(xiàn)象產(chǎn)生的原因一方面與感光芯片的掃描方式有關(guān)，另一方面也和使用現(xiàn)場環(huán)境的光照條件、以及攝像機的光圈、快門等參數(shù)設置存在關(guān)聯(lián)。針對于這個難題，就攝像機本身而言，索尼網(wǎng)絡監(jiān)控攝像機應用了逐行掃描技術(shù)和動態(tài)幀合成技術(shù)。其中，逐行掃描技術(shù)應用在感光芯片中，力求從掃描方式上消除拖尾現(xiàn)象的發(fā)生。動態(tài)幀合成技術(shù)主要是針對于那些隔行掃描的CCD而言，經(jīng)過對圖像處理后，有效地減輕拖尾現(xiàn)象的發(fā)生。

    （2）超寬動態(tài)技術(shù)（View-DR）

    寬動態(tài)技術(shù)是應用于明暗對比強烈的環(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)。在平安城市項目中，該項技術(shù)可以被應用在園區(qū)、車庫的出入口等光線反差大的區(qū)域。夜間環(huán)境下清晰地看清車牌也是在寬動態(tài)場景中的一種典型應用。目前市場上常見的寬動態(tài)技術(shù)其性能可達到52dB，而索尼最新的超寬動態(tài)技術(shù)最大可達到125dB，遠遠領(lǐng)先于同類產(chǎn)品。

    應用于索尼網(wǎng)絡監(jiān)控攝像機中的超寬動態(tài)技術(shù)（View-DR）是基于Exmor CMOS平臺，綜合運用了可視性增強技術(shù)和快門多次曝光技術(shù)的一項全新處理科技，它可以在增加監(jiān)控圖像的寬動態(tài)范圍的同時，大幅提升其靈敏度和對比度，從而獲得同時兼顧到亮區(qū)和暗區(qū)的圖像效果，如圖4-3所示。

圖4-3 超寬動態(tài)功能關(guān)閉和開啟的實測對比

    可視性增強技術(shù)是以圖像中單個像素點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。此外，快門多次曝光技術(shù)的實現(xiàn)過程如圖4-4所示。常見的寬動態(tài)技術(shù)大多使用的是兩次快門成像的原理，而索尼的超寬動態(tài)技術(shù)使用了四次快門曝光，包括一次標準快門和三次不同速度的高速快門，拍攝的四幅圖片將監(jiān)控場景中無論亮區(qū)還是暗區(qū)的每個細節(jié)都逐一采集和還原，再把每個區(qū)域從呈現(xiàn)最好的那幅圖像中提取出來，通過自然合成的方法合并為一幅高對比度的超寬動態(tài)圖像。

圖4-4 超寬動態(tài)技術(shù)的實現(xiàn)過程

    （3）聚光筒功能和超級動態(tài)降噪技術(shù)

    該項技術(shù)應用于光照條件不足的監(jiān)控場景下。聚光筒功能自動將原本四個像素點接收到的光強合聚成一個像素點的光強，從而使監(jiān)控畫面的亮度提升四倍；超級動態(tài)降噪技術(shù)可以有效地區(qū)分出圖像中的靜態(tài)區(qū)域和動態(tài)區(qū)域，對于靜態(tài)區(qū)域應用降噪技術(shù)使其噪點明顯降低，對于動態(tài)區(qū)域則應用圖像處理的手段來平滑移動物體的邊緣，從而獲得一幅低噪點、高清晰的移動圖像。