DPS 新技術(shù)攝像機(jī)在金融系統(tǒng)的應(yīng)用案例

    多年來金融行業(yè)一直是重點(diǎn)安全防范單位。它作為當(dāng)今社會貨幣的主要流通場所、國家經(jīng)濟(jì)運(yùn)作的重要環(huán)節(jié)，以其獨(dú)特的功能和先進(jìn)的技術(shù)廣泛服務(wù)于國內(nèi)各行各業(yè)中，其業(yè)務(wù)涉及大量的現(xiàn)金、有價證券及貴重物品。同時它也一直是各種犯罪分子關(guān)注的焦點(diǎn)。在金融行業(yè)，盜竊與反盜竊、搶劫與反搶劫、詐騙與反詐騙、貪污與反貪污隨著銀行業(yè)的發(fā)展也同步發(fā)展，犯罪活動日趨上升，犯罪手段和方式也逐漸多樣化、暴力化、智能化。全球金融行業(yè)迫切需要安防新技術(shù)以保障日益增加的安全方面的需求，這也推動了全球知名的監(jiān)控產(chǎn)品制造商對新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。

    在金融行業(yè)安全防范方面，監(jiān)控系統(tǒng)是最重要的部分，監(jiān)控攝像機(jī)就是監(jiān)控系統(tǒng)的眼睛，因此在選擇時應(yīng)該考慮幾個因素：

    ①根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境和監(jiān)控目標(biāo)選擇參數(shù)指標(biāo)能滿足監(jiān)控需求的攝像機(jī)，確保在監(jiān)控時段內(nèi)監(jiān)控畫面的色彩真實(shí)還原、圖像高清晰度、適應(yīng)強(qiáng)光線變化的寬動態(tài)范圍，這樣后端設(shè)備才能高質(zhì)量的記錄和重現(xiàn)監(jiān)控現(xiàn)場的畫面，可為突發(fā)事件提供有用的佐證。

    ②產(chǎn)品的高可靠性，產(chǎn)品應(yīng)該適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境變化。如遇特殊或意外事件引起的震動沖擊、溫度濕度巨變、強(qiáng)烈光線變化等對攝像機(jī)正常工作的影響；如攝像機(jī)在使用一段時間后畫質(zhì)和色彩變壞，將嚴(yán)重影響監(jiān)視和記錄效果；如攝像機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障，將可能遺漏重要的監(jiān)控畫面，同時增加維護(hù)費(fèi)用。

    ③盡量減少使用需要人為操控的攝像機(jī)。因?yàn)樵谌粘Ｊ褂弥�，監(jiān)控人員要監(jiān)看很多畫面，正常監(jiān)看畫面都會錯過很多有用畫面。應(yīng)該多利用機(jī)器的智能偵測和分析功能給監(jiān)控人員提供有價值的信息。

    在近幾年，銀行監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)令人頭疼的一些問題，那就是一年四季每天不同的時間段經(jīng)常出現(xiàn)強(qiáng)烈逆光、光線明暗變化大，圖像明亮部分和暗的部分不能像人類眼睛那樣同時看清，在強(qiáng)逆光時圖像大部分信息遺漏。對于這些問題，全球知名攝像機(jī)制造商開始推出寬動態(tài)攝像機(jī)來解決問題。CCD攝像機(jī)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，CCD寬動態(tài)技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展到第三代，并取得了很好的寬動態(tài)效果。另一種寬動態(tài)技術(shù)是DPS，這是一種全新的、革命性的成像技術(shù)，盡管它剛剛應(yīng)用幾年，但其先進(jìn)的原理、良好寬動態(tài)效果已經(jīng)讓人們驚喜，同時對這種技術(shù)的發(fā)展有著美好的憧憬。

    PIXIM DPS技術(shù)

    Pixim DPS 成像技術(shù)已經(jīng)被越來越多的攝像機(jī)制造商采用，它是繼CCD成像器件之后應(yīng)用最多的新技術(shù)成像傳感器件。CCD成像技術(shù)是在上世紀(jì)60年代開始應(yīng)用，它從青春期走到成熟期，它的基本原理使它無法取得重大的技術(shù)突破。Pixim DPS 成像技術(shù)剛剛出世就以超級寬動態(tài)性能被眾多知名攝像機(jī)制造商接受，他在原理上要比CCD先進(jìn)得多，盡管他現(xiàn)在還很年輕，不能叱咤風(fēng)云，但未來是屬于他的。DPS技術(shù)商業(yè)化后，芯片組從D1000、D1500、D2000到D2500，圖像清晰度從480線提升到540線，最低照度從1.0Lux/F1.2,到0.5Lux/F1.4，典型寬動態(tài)從95dB 到102dB。 DPS 技術(shù)寬動態(tài)范圍能達(dá)到120dB ，而目前CCD攝像機(jī)的寬動態(tài)范圍最大的是54dB。 盡管年輕的DPS 技術(shù)在某些方面還不如CCD技術(shù)那樣成熟，只能推出幾種芯片組，但DPS攝像機(jī)在與基本參數(shù)接近的CCD攝像相比，其寬動態(tài)性能是絕對優(yōu)秀的。

    Pixim公司開發(fā)研制出一種優(yōu)于傳統(tǒng)CCD的有專利的DPS成像技術(shù)，它標(biāo)志著圖像技術(shù)在基礎(chǔ)原理上的突破。DPS技術(shù)由美國斯坦福大學(xué)電子工程學(xué)教授Abbas el Gamal與其帶領(lǐng)的博士研究生David Yang于1993年開發(fā)而成，于1999年創(chuàng)立的Pixim公司。自此以后,Pixim公司對DPS概念和技術(shù)申請了56項(xiàng)專利 ，其中42項(xiàng)已經(jīng)生效。

      DPS圖像捕捉和處理

    在像素剛開始曝光的最早期的可能時間點(diǎn)，DPS技術(shù)使得每幅圖片中的像素的光能轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。一個模擬量轉(zhuǎn)換到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換器（ADC），被設(shè)計(jì)到每個像素中，并與傳感器中每個像素的ADC同時進(jìn)行操作。這個像素的ADC構(gòu)造允許使用很多并聯(lián)低速電路，在接近于光電二極管信號產(chǎn)生的地方運(yùn)行，這對優(yōu)化每一個像素里的信噪比比率至關(guān)重要。

    DPS系統(tǒng)每一個像素里使用單獨(dú)的ADC，完成在每個像素里非破壞性又相互關(guān)聯(lián)的雙倍取樣。在每一次圖像捕捉期間，DPS使用這個性能在每個像素里對不斷增強(qiáng)的光的強(qiáng)度進(jìn)行多次抽樣。這就使得每個像素的曝光水平將由收集到的電荷的變化率來決定，而不是僅由它的絕對量決定。每個像素同樣擁有可調(diào)整的取消偏移量放大器，以確保通過傳感器隊(duì)列做出一致的反應(yīng)。這些創(chuàng)新減少了由于在APS上縱向排列不同值A(chǔ)DC引起的固定模式的噪音。

    DPS傳感器是數(shù)字的，因此像素讀取更快而且更準(zhǔn)確。每個數(shù)字圖像取樣被捕捉到芯片RAM上。由緊密連接的局部存儲器提供的高帶寬被用于取得超級寬動態(tài)范圍。這個方法對于CCD或者APS傳感器都是不能完成的，因?yàn)樗麄円蕾嚹�擬的讀出電路。DPS卻可以從每個像素數(shù)字取樣中獲得很多好處。

      DPS的寬動態(tài)范圍

    寬動態(tài)范圍實(shí)質(zhì)上是在所有光照條件下捕捉圖像細(xì)節(jié)。由于劇烈光線反射、耀眼的光照、車前燈和直接的太陽光，使監(jiān)視攝像機(jī)監(jiān)控畫面受到動態(tài)范圍的影響。通過取得非破壞性的多次取樣的圖像捕捉能力和高級的圖像處理算法，DPS取得了很高的寬動態(tài)范圍。

    當(dāng)曝光發(fā)生時，每個像素依撞擊每個像素光線強(qiáng)度的比例進(jìn)行電荷積累。一個強(qiáng)光源對一個像素充電要比一個若光源快得多�，F(xiàn)有的模擬技術(shù)對所有的像素使用單一曝光，在曝光結(jié)束后，攝像機(jī)在每個像素上感應(yīng)到積累的全部電荷。在曝光的快結(jié)束的時候，攝像機(jī)將在每個像素里感覺到整個的聚集電荷。這就意味著一些像素（亮光）可能感光過度而其他像素（暗光）可能曝光不足。

    DPS通過以下方法解決這個局限性：使用DPS，在曝光期間，對于光線照射每一個像素采用多次取樣。DPS分析出每個像素在光照射下充電速度。使用這個方法，在整個曝光期間，DPS按充電電荷增長和整體電荷積累的混合速率測量光的強(qiáng)度。

    特別是，DPS系統(tǒng)記錄每個像素曝光接近飽和時所需的時間長度。曝露在強(qiáng)光下的像素趨近于飽和的速度遠(yuǎn)超過其它象素。DPS測定每個像素在下次抽樣前是否飽和。如果一個像素將飽和，它的曝光所用的時間和它當(dāng)前的電荷強(qiáng)度被記憶儲存。

    當(dāng)大家認(rèn)識到整個范圍內(nèi)的每個獨(dú)立的像素以及像素電荷改變的速率被用來成像時，很大程度上增加了動態(tài)范圍以及所捕捉到的信噪比，這個方法的優(yōu)點(diǎn)才將顯現(xiàn)出來。其它技術(shù)只是測量了像素值，而沒有涉及到變化率。

    Pixim的DPS技術(shù)使用被稱為“多點(diǎn)采樣”的技術(shù)，這個技術(shù)用于收集信息，以實(shí)現(xiàn)無可匹敵的圖像質(zhì)量和高品質(zhì)動態(tài)范圍。在一個單獨(dú)的捕獲畫面（在視頻中一般每秒50到60次），每個像素被獨(dú)立地?zé)o破壞性地多次取樣。成像系統(tǒng)決定最佳取樣時間和在像素飽和前存儲像素信息，并不再保留額外的電荷。在下面圖表中，亮的像素被存儲在時間軸T2，在它達(dá)到100%飽和前的最近一次抽樣時間。

    暗的象素積累電荷更慢一點(diǎn)而且將用更多的時間直到它被取樣存儲在T6。每個象素捕捉到的存儲信息值（強(qiáng)度、時間、噪波彌補(bǔ)）被并行處理，然后轉(zhuǎn)換成高質(zhì)量的圖像。

      DPS攝像機(jī)的應(yīng)用

    CDD攝像機(jī)的制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但高品質(zhì)高質(zhì)量攝像機(jī)還是出自一些知名的攝像機(jī)制造商。Pixim DPS攝像機(jī)依然遵循這個原則。世界著名的專業(yè)攝像機(jī)制造商日本池上公司將其在全球領(lǐng)先的攝像機(jī)制造技術(shù)和攝像機(jī)視頻技術(shù)與Pixim DPS 成像技術(shù)相結(jié)合，在2005年10月在全球推出的DPS 寬動態(tài)攝像機(jī)ASD-A10，在歐洲和美國被廣泛應(yīng)用在金融行業(yè)。

    日本池上公司第一代DPS 寬動態(tài)攝像機(jī)主要技術(shù)性能如下：
    1、最低照度：1Lux/F1.4（AGC ON 50IRE），0.75Lux/F1.2（AGC ON 50IRE0.03Lux/F1.4, 0.022Lux/F1.2 (電子靈敏度提升功能：最大32倍)。

    2、WDR寬動態(tài)范圍：典型值95 dB 最大值120 dB ，36調(diào)整級。    
    ISD-A10寬動態(tài)攝像機(jī)

    3、背光補(bǔ)償具有4個選項(xiàng)，①OFF，沒有背光補(bǔ)償；②ON，通常全范圍背光補(bǔ)償；③1SPOT，1個區(qū)域背光補(bǔ)償，通過設(shè)置可以選定背光補(bǔ)償區(qū)域大小和位置；④2 SPOT ，2個區(qū)域背光補(bǔ)償，通過設(shè)置可以選定2個背光補(bǔ)償區(qū)域大小和位置。通過調(diào)整背光補(bǔ)償和寬動態(tài)范圍大小，使該機(jī)能在多種強(qiáng)光變化的場景獲得最好的監(jiān)控畫面。

    4、GAIN增益。在選擇SENS UP OFF時有5種增益模式可以選擇①AGC，這種模式是初始的自動優(yōu)化靈敏度和噪波電平；②HYP AGC 這種模式的靈敏度高于AGC模式，但在較高靈敏度和光線較暗時，圖像有噪波點(diǎn)。③LOW低，這種低固定模式靈敏度低用于較亮的場景；④MID中，這種中等固定模式靈敏度介于LOW低和HIGH之間；⑤HIGH高，這種高固定模式靈敏度用于較暗場景下，保持高靈敏度。在選擇SENS UP ON時有2種增益模式可以選擇，①AGC；②HYP AGC。在不同的應(yīng)用環(huán)境，通過調(diào)整選擇最佳的增益方式。

    5、5種模SENS UP 靈敏度提升模式。①OFF，初始模式?jīng)]有靈敏度提升；②S/N，信噪比模式用于拍攝移動幅度小，有亮度變化的場景；③STD，這種、標(biāo)準(zhǔn)模式可以在拍攝光線變化的場景時，抑制圖像模糊和粗糙；④MOVE運(yùn)動模式用于像街區(qū)或停車場等有光線變化和人物移動場景。⑤SLOW SHUTTER 慢快門電子靈敏度，有X2、X4、X8、X16、X32 五檔選擇。對于監(jiān)控目標(biāo)移動速度不高時，可以用靈敏度提升的方式來提升照度指標(biāo)。

    6、4種自動白平衡調(diào)整模式。①ATW，初始設(shè)定自動調(diào)整；②ATW Ex ，當(dāng)色溫范圍高于ATW 模式時選用，在通常的光源下，與ATW模式相比略有褪色；③AWC，這是所謂的ONE PUSH 自動白平衡模式，使用一個白色靶子作基準(zhǔn)自動調(diào)整白平衡；④MANUAL 手動調(diào)整R紅增益和B藍(lán)增益。在確定監(jiān)控場景和目標(biāo)后，選擇一種最佳的白平衡模式，以保證色彩最好。

    7、在色彩調(diào)整方面，將廣播級技術(shù)應(yīng)用到監(jiān)控攝像機(jī)。①COLOR  BAR 自身帶有彩條顯示功能，輔助調(diào)整色彩，以保證最佳色彩；②ch rOMA色度補(bǔ)償調(diào)節(jié)，用以調(diào)節(jié)圖像色彩。③DETAIL 輪廓細(xì)節(jié)調(diào)整。

    我們在電視里經(jīng)常看到公安機(jī)關(guān)通緝的犯罪嫌疑人在銀行營業(yè)廳作案的畫面，但很多細(xì)節(jié)很模糊，需要廣大群眾根據(jù)畫面犯罪嫌疑人的簡單特征提供有用的線索。為什么不能拍攝清晰的畫面？

    銀行營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)一般都位于臨街路邊，大廳光線充足，用戶接待臺面向窗戶，顧客則背向窗戶。

    監(jiān)控攝像機(jī)需要監(jiān)看和記錄的目標(biāo)是營業(yè)員的工作過程、用戶的面部細(xì)節(jié)、大廳里人員活動的細(xì)節(jié)、營業(yè)廳窗外的人、物細(xì)節(jié)及顧客從營業(yè)廳外進(jìn)入營業(yè)廳及從營業(yè)廳里離開到外面等全程。金融系統(tǒng)營業(yè)廳一般營業(yè)時間是早9：00到晚6：00，在春、夏、秋季的營業(yè)時段內(nèi)室外光線很充足，只在冬季有短暫的時間完全依賴燈光照明。在這么長的時間段，光線明暗變化明顯，室內(nèi)外光線反差巨大，又有照明燈光，監(jiān)控攝像機(jī)又處于逆光拍攝，用普通的攝像機(jī)是不能拍攝出明暗反差大的局部細(xì)節(jié)，監(jiān)控不到滿意的圖像。這種監(jiān)控環(huán)境下，需要的不是攝像機(jī)具有多低的照度指標(biāo)，而是需要攝像機(jī)具有很好的寬動態(tài)性能，很好的色彩還原和高清晰度。

    對于ATM機(jī)，很多安放在室外，它是24小時對顧客營業(yè)的，用于ATM的攝像機(jī)不僅需要更好的寬動態(tài)指標(biāo)還要有足夠的低照度指標(biāo)。用于金融安防系統(tǒng)場所的監(jiān)控攝像機(jī)，也應(yīng)該選用寬動態(tài)攝像機(jī)，這是金融安防系統(tǒng)本身的特點(diǎn)所要求的。

    下面是普通CCD攝像機(jī)和DPS攝像機(jī)同時拍攝的珠寶店失竊的幾幅圖片：

    從上面的4幅圖片看出，普通CCD攝像機(jī)拍攝的圖片不能記錄犯罪嫌疑人在實(shí)施偷竊前在室外的舉動，犯罪嫌疑人進(jìn)入室內(nèi)后人物的局部細(xì)節(jié)模糊，偷竊過程細(xì)節(jié)不清，犯罪嫌疑人出門后，無法看清室外圖像。而DPS 攝像機(jī)可以清晰地記錄犯罪嫌疑人作案的全過程。

    在安防攝像機(jī)產(chǎn)品中廣泛運(yùn)用Pixim芯片的廠商包括：Ikegami,Baxall, Dallmeier Electronic, EverFocus, Tyco Fire & Security, GE Security, General Solutions,Honeywell, Pelco, Sunell, JVC, ChipER, Eagle Technology, Videor Technical, Smartvue, and Verint等國際知名攝像機(jī)制造商。在國內(nèi)我們可以看到池上、景陽、PELCO等DPS 寬動態(tài)攝像機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于金融行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)。不遠(yuǎn)的將來，寬動態(tài)將成為攝像機(jī)的基本功能，各種新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使攝像機(jī)達(dá)到像人眼那樣在各種環(huán)境下自如調(diào)節(jié)，獲得高清晰度、高色彩還原度、高寬動態(tài)范圍的優(yōu)質(zhì)畫面。

      專家點(diǎn)評：

    Pixim的CEO Joe Montalbo說：“池上ISD-A10攝像機(jī)選用DPS技術(shù)是理想的選擇，實(shí)際的主體和目標(biāo)識別是很重要的，例如在銀行營業(yè)部門和ATM機(jī)場所。Pixim的DPS技術(shù)采用將有助于用戶損失降到最小，在刺眼和不可預(yù)料的光線條件下，拍攝出清晰圖片，有助于抓捕更多的犯罪嫌疑人�！�           
  
    池上美國電子公司總裁Teruo Hongo說過：“有效的監(jiān)視需要一致地、準(zhǔn)確地、實(shí)時地識別主體和目標(biāo)，DPS技術(shù)使得我們的新產(chǎn)品ISD-A10攝像機(jī)即使在強(qiáng)光下也能拍攝出具有高清晰細(xì)節(jié)的低光斑圖像。一般在24小時內(nèi)，因?yàn)楣饩�變化的原因，很多場所的監(jiān)控攝像機(jī)沒有能夠全部捕捉到精確的圖像。比如曝露在閃爍光、強(qiáng)烈的背景光、反射光、斜射光、太陽直射或者是明亮的車前燈光。為什么許多用戶在新增或更換原有攝像機(jī)時都采用具有DPS技術(shù)的攝像機(jī)，是由于在實(shí)際使用環(huán)境中普遍存在光線問題。池上準(zhǔn)備以后在更大范圍內(nèi)推廣基于DPS芯片的攝像機(jī)�！�

    用戶評價：

    在世界范圍，很多使用DPS寬動態(tài)攝像機(jī)的金融行業(yè)用戶都給這種新技術(shù)攝像機(jī)高度評價，尤其是在歐美國家，在老監(jiān)控系統(tǒng)更新?lián)Q代時或新建擴(kuò)建監(jiān)控系統(tǒng)時，首先考慮使用寬動態(tài)攝像機(jī)。在我國幾大銀行在全國各地有成千上萬的營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，其中已經(jīng)有部分營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)使用寬動態(tài)攝像機(jī)，他們認(rèn)為寬動態(tài)攝像機(jī)很好地解決了強(qiáng)烈外部光線變化使得監(jiān)控畫面丟失重要信息的問題，今后監(jiān)控系統(tǒng)的改建擴(kuò)建將著重考慮帶有寬動態(tài)功能的監(jiān)控攝像機(jī)。