隨著視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)在民用領(lǐng)域的使用越來越廣泛，應(yīng)用的環(huán)境也越來越復(fù)雜，其中一個(gè)最重要的應(yīng)用要求就是24小時(shí)不間斷監(jiān)控。由于彩色成像一般需要較高的亮度，而實(shí)際環(huán)境不一定能夠滿足這個(gè)要求，所以攝像機(jī)低照度技術(shù)(也叫夜視技術(shù))就相應(yīng)地出現(xiàn)了。

日夜兩用監(jiān)控?cái)z像機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)析

一、高靈敏度材料

使用高靈敏度材料，包括使用高靈敏度光感應(yīng)材料，超高信噪比信號(hào)分析處理器件，信號(hào)處理增加一些特殊處理技術(shù)等等，以此來提高對(duì)光線較低情況下圖像采集的還原效果，但是由于成本及考慮體積等方面的原因，這個(gè)雖然是最好的方案卻仍然很難在短時(shí)間內(nèi)被廣泛應(yīng)用。

目前針對(duì)CCD感光元件而言，提高感光度主要通過兩種方法。由于通過物理方式增大感光面積，受設(shè)備體積限制無法實(shí)現(xiàn)，因此其一是在元件每一感光二極管上(單一像素)裝置微小鏡片變相增大感光面積的方式來獲得感光度的提升，變得行之有效。這個(gè)設(shè)計(jì)就像是幫CCD掛上眼鏡一樣，但是CCD經(jīng)過35年的發(fā)展，這種技術(shù)提升的空間也已相當(dāng)有限。其二，就是通過特定的信號(hào)增強(qiáng)電路，根據(jù)數(shù)據(jù)運(yùn)算來獲得合理的曝光，但這樣通常會(huì)因?yàn)镃CD快速感光引起像素感光不均而形成噪點(diǎn)，這時(shí)拍攝出的畫面顆粒感會(huì)較為明顯。此時(shí)又不得不采取辦法來平衡高感光度和高畫質(zhì)之間的矛盾，從而勢(shì)必又帶來更高的成本投入。

二、數(shù)字慢快門技術(shù)

數(shù)字慢快門技術(shù)(digital slow shuttle)，實(shí)際上它并不是一種快門，只是它的功能在某種程度上類似于快門而已，快門(shuttle)和光圈(IRIS)都是攝像機(jī)上控制光線通過鏡頭，達(dá)到光捕捉效果的一個(gè)部件。也可以這樣理解，光圈是光線通過鏡頭時(shí)能夠進(jìn)入的一個(gè)孔，孔的大小就是光圈的大小，孔越大，相同情況下通過的光就越多，而快門是掌握光圈開關(guān)的部分，控制光圈是處于一直開啟狀態(tài)還是按照一定時(shí)間間隔定時(shí)開關(guān)。

我們知道，根據(jù)人眼的視覺暫留特性，為了確保看到的圖像是連續(xù)的，PAL制電視信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)是25幀/秒隔行掃描，就是說，每一秒種經(jīng)過我們眼前的圖像實(shí)際是由25個(gè)畫面構(gòu)成的連續(xù)畫面，在拍攝目標(biāo)的時(shí)候，每隔1/25秒，一個(gè)點(diǎn)才能夠被掃描到一次，因?yàn)槭歉粜袙呙瑁?個(gè)場(chǎng)才能構(gòu)成一個(gè)幀，所以每1秒鐘，PAL制的圖像是50場(chǎng)，1場(chǎng)的時(shí)間就是快門的間隔，每一秒鐘，快門必須要工作50次，才能確保輸出的圖像是50場(chǎng)/秒的PAL制圖像，所以PAL制的最低快門速度是1/50秒(此時(shí)光圈實(shí)際上是一直打開的)，實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)榄h(huán)境中光線可能會(huì)很強(qiáng)，這個(gè)時(shí)候可能會(huì)需要控制進(jìn)光量，就需要控制快門速度，速度越快時(shí)，光線能夠進(jìn)入的時(shí)間就越少，進(jìn)光量就越少，相對(duì)來說，圖像就會(huì)顯得比較暗，反之快門速度越慢，圖像就會(huì)越亮，當(dāng)光線照度不足時(shí)，即使使用1/50秒圖像仍然不夠亮，這就需要運(yùn)用其他技術(shù)了。根據(jù)光學(xué)理論，光是可以疊加的，雖然在很暗的環(huán)境下每個(gè)點(diǎn)要1/25秒后才能被掃描到1次，被掃描的時(shí)間也非常短，其亮度非常弱，如果把前后一段時(shí)間內(nèi)該點(diǎn)的亮度都保存并疊加后再輸出的話，這個(gè)點(diǎn)就可以變亮了。所以數(shù)字慢快門的技術(shù)原理就是按照要求把相應(yīng)一段時(shí)間內(nèi)的多個(gè)影像疊加后再輸出，以此來提高信號(hào)強(qiáng)度。

這種技術(shù)因?yàn)椴恍枰獙?duì)外部環(huán)境進(jìn)行任何變化，所以在滿足監(jiān)控要求的條件下可以說是最理想的方案，但是這種技術(shù)實(shí)際上能夠應(yīng)用的范圍是非常窄的，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)逐點(diǎn)累加的前提是同一個(gè)點(diǎn)不同時(shí)間的亮度累加，而一旦拍攝的物體發(fā)生變化或者移動(dòng)的時(shí)候，前后兩個(gè)時(shí)間在一起累加的可能并不是同一個(gè)像素點(diǎn)，這樣在整體圖像上移動(dòng)物體就會(huì)出現(xiàn)“拖影”現(xiàn)象，如果物體移動(dòng)過快而幀累積時(shí)間過長(zhǎng)的話，移動(dòng)物體甚至?xí)兂商撚?。所以，幀累積技術(shù)一般應(yīng)用于在弱光環(huán)境中監(jiān)控靜止的場(chǎng)景。

三、彩色轉(zhuǎn)黑白技術(shù)

在光線不夠的時(shí)候?qū)D像切換為黑白圖像，去掉色載波和色同步干擾，并且將AGC加大，在一定程度上能夠提高低可視光環(huán)境下的圖像質(zhì)量，但是這種方案能夠解決的也只是部分非常特殊的環(huán)境，不能解決弱光環(huán)境，而且能夠提升的圖像質(zhì)量也非常有限，一般此技術(shù)都要和其他技術(shù)配合使用。

在一定的光源條件，利用線路切換的方式將圖像由彩色轉(zhuǎn)為黑白。在彩色/黑白線路轉(zhuǎn)換的技術(shù)演進(jìn)過程中，早期曾采用2顆感光元件Sensor(1顆彩色、1顆黑白)共用一組電路再行切換，目前此類攝像機(jī)已采用單一CCD(彩色)設(shè)計(jì)，在白天或光源充足時(shí)為彩色攝像機(jī)，當(dāng)夜晚降臨或光源不足時(shí)(一般在1LUX?3LUX)即利用數(shù)字電路將彩色信號(hào)消除掉，成為黑白圖像，此種作法雖可在夜晚達(dá)到“低照度”的目的，白天卻有圖像模糊，色彩不自然的缺點(diǎn)。

四、被動(dòng)紅外成像技術(shù)

被動(dòng)紅外成像技術(shù)的應(yīng)用前提是光捕捉器件除了要能采集可見光信號(hào)以外，還要能夠采集到紅外信號(hào)，并且信號(hào)處理能夠?qū)⒃t外信號(hào)處理成灰度信號(hào)(就說常說的黑白信號(hào))。黑白攝像機(jī)都能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能并且靈敏度非常高。目前所有基于數(shù)字處理技術(shù)的攝像機(jī)也都能夠完成這個(gè)工作，但是由于還有可見光環(huán)境下的彩色成像，矛盾也開始出現(xiàn)了。在處理彩色信號(hào)的時(shí)候，因?yàn)镈SP處理都需要將視頻信號(hào)分離成灰度信號(hào)和色度(或者色差)信號(hào)進(jìn)行分別處理，而紅外信號(hào)本身是人眼不可見的，但是在光捕捉器采集和DSP處理之后已經(jīng)變成了人眼可以識(shí)別的灰度信號(hào)，兩個(gè)灰度信號(hào)(可見光和紅外光的)進(jìn)行疊加，必然會(huì)使圖像在進(jìn)行灰度和色度合成的時(shí)候無法按照理想的情況進(jìn)行合成，這將會(huì)造成圖像的灰度和色度失真，最典型的例子就是如果紅外光過強(qiáng)，會(huì)使得整個(gè)圖像發(fā)灰。

日夜兩用攝像機(jī)的安裝與調(diào)試

一、日夜兩用攝像機(jī)的安裝

與普通攝像機(jī)的安裝相比，日夜兩用機(jī)的安裝還是有一些特別的地方值得注意，因?yàn)榭紤]到夜間的效果，有的廠家采用1/2" CCD靶面，對(duì)于這類日夜兩用機(jī)，安裝鏡頭時(shí)也要考慮安裝不小于1/2英寸的鏡頭，這樣一方面圖像不會(huì)產(chǎn)生暗角，另一方面，充分響應(yīng)廠家加大感光面積來提升夜間效果的設(shè)計(jì)初衷，切不可采用小尺碼鏡頭造成可惜的浪費(fèi)。再有現(xiàn)在隨著日夜兩用機(jī)的廣泛應(yīng)用，普通鏡頭對(duì)紅外光的影響漸漸反映出來，有些廠家開發(fā)出紅外鏡頭來糾正這種影響，安裝時(shí)盡量采用這類鏡頭。

此外應(yīng)盡量選用自動(dòng)光圈鏡頭，使得日夜兩用機(jī)的效果展現(xiàn)可更加充分。

二、日夜兩用攝像機(jī)的調(diào)試

得益于DSP的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在的攝像機(jī)調(diào)試越來越細(xì)膩，也越來越準(zhǔn)確，調(diào)試方式更可以多種多樣，純菜單調(diào)試、菜單和DIP SW配合調(diào)試、遠(yuǎn)程調(diào)試、純DIP SW等方式，其中擁有純菜單方式的攝像機(jī)外觀干凈利落，只有幾個(gè)按鈕，甚至這幾個(gè)按鈕都可以隱藏起來，不過在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試別忘了帶個(gè)小監(jiān)視器，否則可要累死你。遠(yuǎn)程調(diào)試十分方便，但一般都要有同品牌的后端控制設(shè)備支持，而且多數(shù)是與視頻線同軸傳輸，也算是一種同軸視控吧。DIP SW方式就簡(jiǎn)單多了，適合于較為低端的用戶需求。再有要注意有些廠家不知為什么，采取菜單和DIP SW配合方式時(shí)，有時(shí)會(huì)有部分功能重復(fù)，初次調(diào)試會(huì)丈二和尚摸不著頭腦，不要被它迷惑了。

日夜兩用機(jī)調(diào)試內(nèi)容上要注意以下幾個(gè)內(nèi)容的調(diào)試：

·背光補(bǔ)償：許多日夜兩用機(jī)可對(duì)多個(gè)區(qū)域獨(dú)立進(jìn)行背光補(bǔ)償調(diào)整，這對(duì)固定安裝的攝像機(jī)很重要，畫面層次會(huì)受損最少;

·遠(yuǎn)距離視頻補(bǔ)償，對(duì)擁有具備這項(xiàng)功能攝像機(jī)的工程商來說，不啻為一個(gè)福音，距離1000M以內(nèi)的攝像機(jī)，都可得到精確的視頻補(bǔ)償，不僅僅是幅度，還有高頻的部份;

·彩轉(zhuǎn)黑的時(shí)間，這個(gè)參數(shù)挺有意思，調(diào)短了，汽車大燈一晃，就轉(zhuǎn)彩色，調(diào)長(zhǎng)了圖像可能有幾十秒發(fā)黑(彩色沒轉(zhuǎn)到黑白)，這個(gè)分寸的把握要靠技術(shù)人員的反復(fù)比較了，還要在現(xiàn)場(chǎng)的夜晚，帶著監(jiān)視器進(jìn)行調(diào)試;

·彩轉(zhuǎn)黑的信號(hào)電平，同上面一樣也是要在現(xiàn)場(chǎng)，配合彩轉(zhuǎn)黑時(shí)間來調(diào)轉(zhuǎn)換信號(hào)電平;

·注意紅外過敏，有的日夜兩用機(jī)型在設(shè)計(jì)上有缺陷，晚上轉(zhuǎn)為黑白后，如果外界有紅外燈，就會(huì)在彩色和紅外之間不停轉(zhuǎn)換，十分煩人，這種情況下，要么撤紅外燈，要么便得換機(jī)器。

上面是筆者在工程應(yīng)用中的一些體會(huì)，也有與朋友之間互相推敲的心得，說得不一定對(duì)，只想和讀者們做一個(gè)交流，若有任何意見，希望得到大家的指教。