高速球型攝像機(jī)(快球)選購分析

一、高速球在平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求

    隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的加速發(fā)展，城市治安管理的日常防控和應(yīng)對(duì)重大恐怖、災(zāi)害等特殊突發(fā)公共事件的安全防范壓力愈來愈大。在平安城市的應(yīng)用中，考慮到監(jiān)控的視角、盲區(qū)、隱蔽、機(jī)動(dòng)等方面因素的影響，智能高速球型攝像機(jī)具有控制運(yùn)轉(zhuǎn)速度、變焦速度快，能在無人操作時(shí)自動(dòng)掃描、巡航或還原操作軌跡等功能平安城市建設(shè)的項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。一體化高速球都配有大倍率的光學(xué)變焦鏡頭，水平分辨率較高，內(nèi)置高轉(zhuǎn)速云臺(tái)，可以快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定位監(jiān)視，另外高速球一般還帶有預(yù)置點(diǎn)，有花樣掃描、自動(dòng)巡航等功能，可以更好地實(shí)現(xiàn)城市監(jiān)控等諸多特殊要求。再加上一體化高速智能球跟一般的帶云臺(tái)攝像機(jī)相比還具有外型美觀、隱蔽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此十分適用于平安城市監(jiān)控工程的建設(shè)。

二、高速球——平安城市設(shè)備選購的關(guān)注點(diǎn) 

    平安城市建設(shè)項(xiàng)目龐大而復(fù)雜，無論從系統(tǒng)的前端圖像采集部分、傳輸部分還是到后端存儲(chǔ)控制顯示部分，系統(tǒng)設(shè)備性能是鑒定系統(tǒng)運(yùn)作成功與否、優(yōu)與劣的關(guān)鍵因素。毫無疑問，設(shè)備選型的好壞直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、圖像質(zhì)量、設(shè)計(jì)地效果和系統(tǒng)使用壽命等有關(guān)建設(shè)方投資利益問題。因而系統(tǒng)設(shè)備選型是貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程的重要環(huán)節(jié)，在本文中只針對(duì)高速球的選型進(jìn)行闡述。

    平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端攝像機(jī)需求分析

    1 、平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)清晰度的要求高，需要非常清晰的顯示人物或物體的形體特征等細(xì)微部分。

    2 、平安城市的監(jiān)控需要全天候工作，要求攝像機(jī)必須具備全天監(jiān)控的能力，同時(shí)必須具備高可靠性，優(yōu)良的制造工藝，安裝方便等。

    3 、適合中國城市的現(xiàn)狀，中國的城市許多路段或環(huán)境光線比較差，這就需要攝像機(jī)能在極暗的環(huán)境下也能得到優(yōu)質(zhì)的畫面，同時(shí)很多攝像機(jī)在光線比較弱的情況下，圖像也會(huì)出現(xiàn)噪點(diǎn)，這就增加了存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)空間，這就要求攝像機(jī)在增強(qiáng)靈敏度的同時(shí)，具有良好的噪點(diǎn)消除功能。

    4 、平安城市的監(jiān)控系統(tǒng)，許多監(jiān)控的場(chǎng)所光線對(duì)比度比較大，白天的全日光線達(dá)到了 100000LX ，而晚上的路燈只有 20LX 左右，在這種情況下攝像機(jī)無論是否具有自動(dòng)調(diào)整靈敏度功能即通過攝像機(jī)本身的電子快門已不可能適應(yīng)這么寬的照度范圍，也就無法達(dá)到控制圖像效果的作用。因此必須要求攝像機(jī)具有很寬的動(dòng)態(tài)范圍。

    平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)高速球選型依據(jù) 

    1 ）高速球的色彩：攝像機(jī)有黑白和彩色兩種，通常黑白攝像機(jī)的水平清晰度比彩色攝像機(jī)高，且黑白攝像機(jī)比彩色攝像機(jī)靈敏，更適用于光線不足的地方和夜間燈光較暗的場(chǎng)所。但彩色的圖像容易分辨衣物與場(chǎng)景的顏色，便于及時(shí)獲取、區(qū)分現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息。平安城市的一個(gè)主要建設(shè)目的就是打擊和預(yù)防犯罪，因此攝像機(jī)的色度信號(hào)識(shí)別功能最重要的，包括對(duì)犯罪嫌疑人或罪犯的輪廓、衣著、表情等方面微觀色度信號(hào)等部分的辨別，同時(shí)又要滿足光線比較弱的環(huán)境的監(jiān)控，因此為滿足平安城市全天監(jiān)控需求，必須選擇具有彩色轉(zhuǎn)黑白功能的攝像機(jī)。

    2 ）高速球的清晰度：有水平清晰度和垂直清晰度兩種。垂直方向的清晰度受到電視制式的限制，有一個(gè)最高的限度，由于我國電視信號(hào)均為 PAL 制式， PAL 制垂直清晰度為 400 行。  

    所以攝像機(jī)的清晰度一般是用水平清晰度表示。水平清晰度表示人眼對(duì)電視圖像水平細(xì)節(jié)清晰度的量度，用電視線 TVL 表示。目前市場(chǎng)上的高速球型攝像機(jī)的水平分辨率大都在 480TV 線左右，清晰度越高的攝像機(jī)更有利于捕捉物體的細(xì)節(jié)，例如現(xiàn)在的銀行監(jiān)控系統(tǒng)中柜臺(tái)采用高清晰度的攝像機(jī)可以更清楚的監(jiān)控票面額，同樣在平安城市的監(jiān)控系統(tǒng)中，高清晰度的攝像機(jī)可以非常清楚的捕捉每一個(gè)畫面的細(xì)節(jié)，因此高清晰度攝像機(jī)是平安城市建設(shè)設(shè)備選型的重要參數(shù)。

    3 ）高速球的照度：?jiǎn)挝槐徽彰娣e上接受到的光通量稱為照度。 Lux( 勒克斯 ) 是標(biāo)稱光亮度 ( 流明 ) 的光束均勻射在 lm2 面積上時(shí)的照度。攝像機(jī)的靈敏度以最低照度來表示，這是攝像機(jī)以特定的測(cè)試卡為攝取標(biāo)，在鏡頭光圈為 0.4 時(shí)，調(diào)節(jié)光源照度，用示波器測(cè)其輸出端的視頻信號(hào)幅度為額定值的 10% ，此時(shí)測(cè)得的測(cè)試卡照度為該攝像機(jī)的最低照度。所以實(shí)際上被攝體的照度大約是最低照度的 10 倍以上才能獲得較清晰的圖像。

    根據(jù)中國城市道路路燈的現(xiàn)狀，許多主干道的路燈可以達(dá)到 20LX 以上，但很多街道的路燈大多在 10LX 以下，甚至有些路段根本沒有路燈，而往往這些路段就是治安事件的常發(fā)地，因此對(duì)攝像機(jī)的低照度功能提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。通常情況下半月夜光的照度只有 0.2LX ，也就說在這種環(huán)境下成像并且是全實(shí)時(shí)的圖像必須要求攝像機(jī)的照度達(dá)到 0.02LX �，F(xiàn)在很多廠家也在低照度的技術(shù)上采用了幀累積技術(shù)來降低攝像機(jī)的照度，也就是說很多攝像機(jī)要達(dá)到 0.02LX ，采用了幀疊加的技術(shù)，在這種情況下，前端采集的圖像時(shí)非實(shí)時(shí)的，用戶在監(jiān)控的過程中就會(huì)出現(xiàn)一些動(dòng)畫效果，然而動(dòng)畫效果的圖像在監(jiān)控移動(dòng)的物體時(shí)會(huì)出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，而平安中國視頻監(jiān)控的目的是打擊犯罪，往往犯罪都是在黑暗的場(chǎng)所，出現(xiàn)拖尾的圖像對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)查取證帶來諸多不便。

    4 ）高速球鏡頭的選擇：目前市場(chǎng)高速智能球型攝像機(jī)的光學(xué)倍數(shù)是 22 倍，其最大焦距都集中在 80mm 左右，也就是說其有效的監(jiān)控距離可根據(jù)焦距計(jì)算公式 F=v( 像場(chǎng)高 )*L （物距） /V （視場(chǎng)高）計(jì)算。例如監(jiān)控一個(gè)視場(chǎng)高 2M 的物體，根據(jù) 1/ 4 ”CCD 的攝像機(jī)（目前高速智能球型攝像機(jī)大多是 1/ 4 ”CCD ）的靶面高度（即像場(chǎng)高）為 2.4mm ， L=80*2/2.4= 66.7 米 。

    現(xiàn)在市場(chǎng)上有些廠家推出了 30 倍光學(xué)變焦的高速球型攝像機(jī)，其最大焦距都在 100mm 左右，其有效的監(jiān)控距離為 L=100*2/2.4=83 米 , 有效地提高了監(jiān)控的距離 , 間接地節(jié)約了系統(tǒng)的投資，這也是用戶考慮的一個(gè)問題，因此在選擇攝像機(jī)的時(shí)候盡量選擇大光學(xué)倍數(shù)的。

    5 ）高速球的寬動(dòng)態(tài)：在一些明暗反差過大的場(chǎng)合，一般的攝像機(jī)由于 CCD 的感光特性所限制，攝取的圖像往往出現(xiàn)背景過亮或前景太暗的情況。針對(duì)這種情況，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，較好地解決了這一問題。而在此之前，傳統(tǒng)的攝像機(jī)一般會(huì)采取背光補(bǔ)償功能來適應(yīng)光線反差大的場(chǎng)合。

    常規(guī)攝像機(jī)視場(chǎng)中的物體在亮度較高的背景光時(shí)，需要看門口或窗外的物體，通常采用中央背光補(bǔ)償 (BLC) 模式，它主要是靠提升視場(chǎng)中央部分的亮度、降低視場(chǎng)四周部分的亮度來達(dá)到看清位于中央位置內(nèi)物體的目的。 

    在某些應(yīng)用場(chǎng)合，視場(chǎng)中可能包含一個(gè)很亮的區(qū)域，而被包含的主體則處于亮場(chǎng)的包圍之中，畫面一片昏暗，無層次。此時(shí)由于 AGC 檢測(cè)到的信號(hào)電平并不低，因此放大器的增益很低，不能改進(jìn)畫面主體的明暗度，當(dāng)引入背光補(bǔ)償時(shí)，攝像機(jī)僅對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的子區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，通過求此區(qū)域的平均信號(hào)電平來確定 AGC 電路的工作點(diǎn)。由于子區(qū)域的平均電平很低， AGC 放大器會(huì)有較高的增益，使輸出信號(hào)的幅值提高，從而使監(jiān)視器上的主體畫明朗，大大降低背景畫面與主體畫面的主觀亮度差，整個(gè)視場(chǎng)的可視性得到改善。背光補(bǔ)償雖然改善了拍攝主體的亮度，但是圖像質(zhì)量或多或少會(huì)劣化下降。 

    在平安城市的監(jiān)控中，特別在晚上微弱的路燈或沒有光線的情況下，對(duì)著開遠(yuǎn)光燈的車輛很難看清其車牌，這是由于車燈與車牌亮度之比超過人眼能分辨的動(dòng)態(tài)范圍，人眼能分辨的動(dòng)態(tài)范圍一般是 1000 ： 1 ，而普通攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍是 3 ： 1 ，因此普通的攝像機(jī)在晚上根本無法達(dá)到拍清正面行駛車輛的車牌。通常情況下汽車大燈強(qiáng)光面照度大約為 1000LX ，滿月夜光約為 4LX ，考慮大燈本身對(duì)周圍照度的提升，當(dāng)車牌表面的照度達(dá)到 8LX 以上時(shí)其動(dòng)態(tài)范圍降到了 1000 ： 8=125 倍，目前第三代寬動(dòng)態(tài)的攝像機(jī)動(dòng)態(tài)范圍已經(jīng)達(dá)到了 128 倍，就可以完全滿足要求。 

    寬動(dòng)態(tài)的核心技術(shù)是同一時(shí)間曝光兩次，一次快，一次慢，再進(jìn)行合成使得能夠同時(shí)看清畫面上亮與暗的物體，慢快門控制的好與壞直接影響圖像的效果，因此在選購寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的時(shí)候要看其圖像的色彩對(duì)比度以及廠家是否具有寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī) DSP 的開發(fā)能力。

三、結(jié)束語

    隨著平安城市建設(shè)的不斷深入，對(duì)前端攝像機(jī)的需求也越來越大，用戶在選購的時(shí)候注意攝像機(jī)的參數(shù)，特別需要提醒的是注意這些參數(shù)實(shí)現(xiàn)的附加條件，以免在購買之后不能滿足實(shí)際的需求。我相信具有超低照度、寬動(dòng)態(tài)范圍、高倍數(shù)、高穩(wěn)定性的智能高速球型攝像機(jī)將是平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的首選。