浅谈监控摄像机的5大主流技术

数字宽动态并没有达到真正意义上的扩大成像动态范围的目的，而是通过软件的图像后处理算法提高了局部区域的对比度，一般由摄像机ISP模组实现。我们肉眼可辨别的灰阶范围十分有限，而实际上计算机却可以区分非常微弱的灰度差异，数字宽动态正是通过图像处理算法将这些微弱的差异增强到肉眼足以区分。之后在CCD硬件技术基础上出现了双帧合成宽动态，解决方法就是用一颗CCD，但是上面的每一点在单一时间内曝光两次，一次长曝光（低快门），一次短曝光（高快门）。

所以每一点都有两个数据输出，就叫“双输出CCD”，利用DSP特有的图像处理算法，将两幅图像当中亮度适当的部分分别切割下来，最后进行叠加合成并输出一幅明暗区域都清晰可见的图像。无论是数字宽动态还是双快门宽动态，其宽动态效果均不理想。

随着DSP和CMOS技术的演进，DPS采用的是每一个像素单独曝光和控制技术，加之利用CMOS传感器采集的多帧画面合成一幅完整图像的线性叠加，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。从数值上来说，采用DPS技术的CMOS摄像机就目前的处理技术，其动态范围即可到达120dB甚至140dB。宽动态技术已经成为衡量一款摄像机性能的重要指标。就目前来看，标配宽动态功能，已经成为各IPC厂商的共识。

随着近几年国内雾霾天气环境的恶化，市场对于透雾摄像机的需求非常强烈，由于光学透雾镜头较为昂贵，为了降低透雾摄像机的身价，也为了实现更好的透雾效果，主流IPC厂家都开始在摄像机视频图像透雾算法技术上做研究，算法透雾可根据物理上雾霾的形成模型，通过局部区域灰白程度判断雾霾的浓度，从而复原出清晰的无雾霾图像。算法透雾能够保留图像的原有色彩，同时能够大幅提升图像透雾效果。

高清网络摄像机从2011年推出的移动侦测、视频遮挡等两三个智能分析功能，发展到如今，几乎所有的主流厂家高清网络摄像机标配的智能功能都超过10种，当然目前这些智能功能的标配绝大多数仅局限于中高端行业产品中。按市场业务应用来分，这些智能分析功能可以分为如下几点：

1、诊断类智能分析。高清网络摄像机的诊断类智能分析主要是针对视频图像出现的黑屏、模糊、云台失控、画面冻结等常见的摄像头故障、视频信号干扰如场景变更、物品遗留/消失等进行准确分析、判断和报警。诊断类智能分析技术实现起来较为简单，通常这些智能功能都集成在前端，当然后端如NVR也有做类似这样的诊断类智能功能。

2、识别类智能分析。高清网络摄像机的这项技术偏向于对静态场景的分析处理，通过图像识别、图像比对及模式匹配等核心技术，实现对人、车、物等相关特征信息的提取与分析。在对车的识别分析应用上主要是车牌识别技术。车牌识别技术被广泛应用于各停车场出入口、高速公路收费站等地，近些年更是发展迅速：配合交通电子卡口系统，车牌识别技术被大量用于车辆交通违章的抓拍，有效降低了车辆交通违章数量，大大减少了交通事故的发生。

3、行为类智能分析。高清网络摄像机该项技术侧重于对动态场景的分析处理。典型的功能有：车辆逆行、防区入侵检测、人员聚焦检测、绊线穿越检测、快速移动、人员徘徊检测和客流统计等。移动侦测（VMD）是该类智能分析中的“早期智能”，VMD依据视频画面中像素块的运动变化来进行判别，由于是二维的图像智能分析，误报较高，无法识别移动的像素块是干扰还是目标，再加上各安防厂家之间的算法技术差异，行为类和识别类智能分析的准确率普遍不高。

2010年高清元年推出的还只是720P高清网络摄像机，一直到2012年，主流安企高清网络摄像机还是以130万和200万为主，300以上像素还很少。随着CMOS技术的引入，高清网络摄像机像吃了一剂强心针，在2013年后，300万、400万、500万、600万、1200万像素的摄像机像雨后春笋一般冒上来，这就是技术的创新带来了产品体系的创新。在现有“珠三角”、“长三角”、“环渤海”主流安企中，几乎高像素成为各厂家的标配，甚至4K成为各厂家的标配。对用户而言，4K不仅仅是对视觉的体验和享受，而是4K的分辨率是1080P的4倍，如果用4K摄像机和1080P摄像机拍摄相同视场角下的同一场景，4K摄像机会用4倍于1080P摄像机所用的信息量去还原场景，画面自然更清晰、更贴近真实。从“用”的角度来讲，由于4K画面的信息量是1080P的四倍，基于更多的信息量，就能实现更准确的智能分析，4K一旦大规模部署，智能分析的准确率就能上升一个台阶，而且也会有更丰富更令人惊喜的智能应用得到实现。

行业内公认0.001Lux及以下称之为星光级摄像机，最具代表性的星光级摄像机就是TI DM8127/安霸S2+索尼IMX185硬件方案，目前广泛应用于平安城市、金融、酒店楼宇、平安村居、港口、高速公路等项目中，无需大规模安装补光照明设施，就可以得到较好的夜间高清彩色监控画面需求。星光级照度监控技术主要受镜头、图像传感器、后端图像处理技术等因素的影响，各安企厂家也都是从以下几个方面进行提升：

1、利用大光圈镜头：镜头是摄像部件的重要组成部份，它在低照监控应用技术上的作用是为摄像机聚焦被摄目标的光线，这里的低照应用与技术关键在于镜头的口径越大其进光量也会越大，也就是镜头光圈的增大可有效提升进光量，从而使摄像机获得理想的低照度效果。

2、选用大靶面传感器：摄像机的本质就是把光能转化为电能，而量化的核心部件是传感器，传感器的作用就是把传到它身上的不同强度的光线进行光电转换，转换成电压信息最终生成数字图像信息。而传感器上接收光线的部位自然是核心中的核心。如果相同分辨率的摄像机，图像传感器靶面面积越大，则其单位像素进光量就越大，抑制噪点能力越强，低照度拍摄时，成像画质也越好。

3、良好的图像处理技术：以往的摄像机采用传统的2D算法来实现降噪功能，而现在采用的3D降噪技术，在原有的帧内降噪基础上，通过对前后两帧的图像进行对比筛选处理，从而将噪点位置找出，对其进行增益控制，3D数字降噪功能能够降低弱信号图像的噪波干扰。由于图像噪波的出现是随机的，因此每一帧图像出现的噪波是不相同的。3D数字降噪通过对比相邻的几帧图像，将不重叠的信息（即噪波）自动滤出，采用3D降噪的摄像机，图像噪点会明显减少，图像会更加清晰透彻，从而显示出比较纯净细腻的画面。