突破槍機困惑 展露一體化監(jiān)控攝像機新生

    隨著視頻圖像處理技術和網(wǎng)絡技術的不斷成熟，以及IT相關產(chǎn)業(yè)的推動，IP高清監(jiān)控依靠自身高清畫質(zhì)優(yōu)勢，逐步占據(jù)安防高端市場主導地位。尤其在平安城市建設、城市道路監(jiān)控、大型場館、金融銀行換代改造以及港口、機場、電力等行業(yè)(領域)獲得高度認可。而在高清網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機扮演著重要角色，也是安防廠商投入重金研發(fā)的產(chǎn)品之一。

    就目前而言，安防監(jiān)控領域應用的高清網(wǎng)絡攝像機主要包括槍式攝像機、一體化攝像機、半球攝像機和高速球攝像機等類型產(chǎn)品。而據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，目前高清攝像機產(chǎn)品中，由于高清一體化攝像機等機型研發(fā)技術尚未普及，槍式高清攝像機憑借自身“發(fā)家”早、技術成熟以及性價比優(yōu)勢占領大部分中低端市場和部分高端市場�？v然如此，其存在的諸多弊端同樣不容忽視。

    槍型攝像機帶來的一些思考

    聚焦點偏移問題

    槍式攝像機主要由機身和鏡頭兩部分組合而成，其高性能的實現(xiàn)有賴于機身與鏡頭的完美搭配。而在監(jiān)控項目中，如果用戶或施工人員的專業(yè)技術不足，對攝像機與鏡頭搭配不合理，就會影響攝像機性能。在安防應用中，用戶多采用手動調(diào)焦鏡頭，然而手動調(diào)焦依賴于人眼目視檢測和手動調(diào)節(jié)，其效率低下、精度不盡人意；此外，槍式本易受到潮氣、振動、熱脹冷縮等環(huán)境因素干擾大，在使用一段時間后，極易出現(xiàn)攝像機聚焦點偏移造成圖像模糊、不穩(wěn)定、老化快等問題。

    背焦(后焦)調(diào)節(jié)問題

    由于攝像機圖像傳感器靶面不平以及不同鏡頭之間后焦距的區(qū)別，因此槍機背焦(后焦)調(diào)節(jié)技術，一直是固定槍型攝像機廠商需要重點研發(fā)的技術。早期的背焦調(diào)節(jié)方式主要是后焦調(diào)節(jié)圈+后焦鎖定螺桿的方式，鎖定螺桿在多次調(diào)節(jié)后很容易損傷調(diào)節(jié)圈的螺紋，影響后焦的穩(wěn)定；另外一種方式是斜面自鎖式調(diào)節(jié)機構，通常采用塑膠材料，在極端環(huán)境下也可能由于熱脹冷縮等原因造成后焦跑焦。此外，一些新的方法是采用更加精密可靠的螺紋調(diào)焦機構，但在模具上廠商投入的成本會更多。

    對于槍機使用一段時間后跑焦的問題，用戶和廠商各有解決之道。用戶(或工程商)通常只有派技術人員到現(xiàn)場進行處理，就網(wǎng)絡監(jiān)控而言監(jiān)控前端設備分布較遠，這也將大大提高監(jiān)控維護成本；而少數(shù)廠商也在攝像機中加入電子后焦調(diào)整機構，但這無疑也增加了攝像機的成本。

    夜視問題

    無論是用戶還是廠商都希望攝像機在白天和夜晚都能夠帶來同樣優(yōu)異的畫質(zhì)。為了實現(xiàn)全天候監(jiān)控，除了期待高敏高感度的圖像傳感器，廠商不得不采用多種手段來提升低照度環(huán)境下的圖像效果。例如采用日夜型紅外截止雙濾光片自動切換機構、彩轉黑、3D數(shù)字降噪、數(shù)字寬動態(tài)圖像增強等技術。然而，無論無論產(chǎn)品將最低照度值標至多低，夜間監(jiān)視效果與白天還是有一定差距，要想獲取清晰畫面，還需對場景補光(白光、普通紅外或激光夜視)。就槍型攝像機而言，鏡頭對于攝像機低照度的影響也是舉足輕重，百萬像素的高清網(wǎng)絡攝像機除了應當選擇相應的百萬像素鏡頭以外，鏡頭的鍍膜和曲光率的設計也應符合相應標準。當然，低照度環(huán)境表現(xiàn)優(yōu)異的圖像傳感器、配上穩(wěn)定可靠的濾光片機構、外配一款好的鏡頭、再加上優(yōu)異的圖像增強算法，這些都是一個好的槍型攝像機產(chǎn)品需要具備的要素，但這些都又不是低價產(chǎn)品所能承受之重。

    變焦問題

    現(xiàn)在市場上使用的槍機鏡頭很多是自動光圈手動變焦型，焦距為幾毫米到幾十毫米，焦距需要在安裝時調(diào)整到位并鎖定。所以槍機通常只能用到監(jiān)控范圍有限的場合，比如室內(nèi)、樓道、停車場出入口等監(jiān)控位置相對固定的場所。當然，槍型攝像機也可以采用電動變焦鏡頭，但電動鏡頭工藝復雜，生產(chǎn)成本高，所以目前市場上的電動鏡頭都比較昂貴。鏡頭生產(chǎn)廠商采用鏡頭嚴格選材，采用航空航天技術中常用到的合金材料，使用高精密數(shù)控機床一次性加工而成，鏡頭與鏡頭座連接部分采用鎖緊環(huán)緊固等方式來提高攝像機穩(wěn)定性。這種變焦鏡頭通常用于森林環(huán)境和防火監(jiān)控、邊防等特殊場合應用，普通用戶實難普及。另外，由于網(wǎng)絡延時問題，電動變焦后帶來的手動控制二次聚焦問題無疑又是一大難題。

如何走出槍機的困惑

    基于上述槍機無法回避的問題，鏡頭一體化的攝像機解決方案應運而生。一體化攝像機現(xiàn)在專指具有光學變焦和自動聚焦鏡頭內(nèi)置一體化的攝像機。與槍機相比，一體機芯精密度和技術要高很多，模擬監(jiān)控時代的一體機機芯均被日韓企業(yè)(如三星、日立、索尼等)所壟斷。近年來，隨著IP高清技術發(fā)展，國內(nèi)少數(shù)頗具研發(fā)實力的企業(yè)已經(jīng)掌握了高清一體機機芯核心技術，如艾普視達、�？低�視、浙江大華、奧尼克斯以及神州數(shù)碼等。由于一體機技術精度要求較高、研發(fā)生產(chǎn)成本高，所以目前市場上高清網(wǎng)絡一體機價格偏貴。高清一體機產(chǎn)品多用于平安城市、道路監(jiān)控、機場、廣場等場所。

    一體化攝像機技術優(yōu)勢

    與傳統(tǒng)槍型攝像機相比，一體化攝像機集成度高體積小巧、美觀，安裝非常簡單。同時，高清網(wǎng)絡一體機可以通過網(wǎng)絡實現(xiàn)變倍、聚焦和光圈控制，一次安裝幾乎不需要到現(xiàn)場進行后期維護。此外，高清網(wǎng)絡一體化攝像機清晰度更高、監(jiān)控范圍更廣，不需要另外選配高清鏡頭，綜合性價比高。

    與槍機等普通機型相比，一體化攝像機的特色主要體現(xiàn)在自動聚焦上，其使圖像畫面隨時保持清晰。那么，何為自動聚焦？簡而言之，自動聚焦即是通過攝像機自動聚焦算法檢測圖像主物面的位置，并根據(jù)其在攝像機圖像傳感器上的聚焦情況自動調(diào)整鏡頭的聚焦馬達，這樣往復多次，即可實現(xiàn)變焦控制全程自動聚焦，圖像在變焦過程中隨時保持清晰。如此一來，傳統(tǒng)槍機跑焦和手動調(diào)焦維護的時代便一去不復返了。

    變焦控制和自動聚焦技術提高了監(jiān)控效率，當圖像畫面發(fā)生變化(如有物體移動或變焦控制時)需要重新聚焦，自動聚焦鏡頭可以自動執(zhí)行聚焦操作，讓整個畫面始終保持焦點準確圖像清晰。比如我們控制鏡頭變焦讓畫面場景中的人物由遠及近時，自動聚焦算法會不斷分析當前畫面并發(fā)出鏡頭自動聚焦命令，使人物在畫面中始終保持焦點清晰。而如果一體化攝像機安裝在云臺上，同樣可以根據(jù)云臺的操作完成自動聚焦。自動聚焦主要技術難點是要提高聚焦的速度和精度，精度將影響后期圖像處理的結果。場景中被攝物體與拍攝的距離時刻發(fā)生變化，快速的聚焦十分必要，聚焦速度的提高，取決于聚焦評價函數(shù)的選擇。聚焦評價函數(shù)用來衡量圖像聚焦與否�；�于圖像處理的自動聚焦算法中常用的聚焦評價函數(shù)的類型大致有：灰度梯度函數(shù)、信息學函數(shù)、頻域函數(shù)、統(tǒng)計學函數(shù)等。用微積分法對圖像進行梯度變換，將圖像的邊緣增強處理，使聚焦圖像與離焦圖像的評價函數(shù)值更加分明，提高了準確聚焦的靈敏度。該方法是目前安防一體化攝像機使用得較多的一種。

    日夜轉換技術讓安防無“黑夜”。一體化攝像機集成了雙濾光片切換機構，由于鏡頭固定，因此無需考慮后焦可調(diào)節(jié)的機構，集成度高，更加穩(wěn)定可靠。再加上攝像機本身的數(shù)字寬動態(tài)處理、3D降噪處理以及強制彩轉黑等圖像增強方式，即便在夜間，其依然可以獲得良好的圖像畫質(zhì)。當然，適當?shù)难a光措施也是非常有必要的。

    此外，高清網(wǎng)絡一體化攝像機將視頻、云臺控制、報警和供電等都向網(wǎng)絡化集成，具有SD卡本地錄像存儲、運動視頻圖像偵測、PoE供電、WiFi等功能，真正實現(xiàn)一線通。

    一體化攝像機發(fā)展趨勢

    除了在低照度、寬動態(tài)等方面具備高超表現(xiàn)外，一體機也在眾多特殊應用場合“施展身手”，比如與紅外云臺配合實現(xiàn)紅外燈的變焦同步，與高速云臺配合實現(xiàn)長焦限速等。此外，一體機(或機芯)與球機或云臺配合還能實現(xiàn)一些自動跟蹤的功能。這些都是未來攝像機發(fā)展的方向。

    當然，有人會問：槍機會被淘汰么？筆者認為不會。如同模擬監(jiān)控和網(wǎng)絡監(jiān)控將長期并存一樣，傳統(tǒng)槍型攝像機和一體化攝像機也將在相當長的范圍內(nèi)長期并存。傳統(tǒng)槍型攝像機主要用于一些特殊場合，比如需要實現(xiàn)超遠距離監(jiān)控和透霧監(jiān)控的場景，如森林防火監(jiān)測，邊境、海岸線巡防等，這種專用鏡頭的倍數(shù)非常高，體積也非常大，如果這樣的鏡頭要內(nèi)建，那么內(nèi)建出的一體化攝像機可以稱之為“龐然大物”。但筆者認為，固定槍型攝像機終將是一體機的天下，一體化攝像機將大行其道。

    一體化攝像機優(yōu)勢是顯而易見的，它以體積小巧、自動聚焦、穩(wěn)定性好、在安裝和控制方面所具有的優(yōu)勢，被越來越多的客戶接受。而目前市場上高清網(wǎng)絡一體化攝像機(和機芯)還不是很多。隨著一體化攝像機精密集成電子技術的發(fā)展，生產(chǎn)成本的下降，一體化攝像機勢必甩掉“價格高昂”的帽子。而用戶對一體化攝像機的剛性需求給一體機發(fā)展帶來新的契機，敏銳的攝像機廠商已經(jīng)研發(fā)生產(chǎn)出可以取代槍機的一體機。隨著后續(xù)技術的完善和產(chǎn)量的提升，高清一體機產(chǎn)品的價格將會越來越低，一體機的普及將銳不可擋。