文/李林 深圳中興力維技術(shù)有限公司 

　　摘要：監(jiān)控技術(shù)在近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，普通監(jiān)控?cái)z像機(jī)在日常生活中隨處可見(jiàn)。市場(chǎng)對(duì)監(jiān)控?cái)z像機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的性能提出了更高的要求，作為能適應(yīng)各種氣象環(huán)境且能提供全方位監(jiān)控的“安全衛(wèi)士”，全天候攝像機(jī)的需求也越來(lái)越大。

　　傳統(tǒng)意義上，全天候攝像機(jī)是指能夠提供24小時(shí)不間斷視頻監(jiān)控，并能在各種惡劣氣候環(huán)境下保持良好運(yùn)行的攝像機(jī)，過(guò)去主要在銀行、交通等重要場(chǎng)所進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。隨著平安城市、平安校園等一系列大型項(xiàng)目的推動(dòng)以及攝像機(jī)監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展，再加上成本的降低等因素，促進(jìn)了全天候攝像機(jī)在各類監(jiān)控項(xiàng)目中的應(yīng)用與普及。同時(shí)，面對(duì)當(dāng)前新出現(xiàn)的各種監(jiān)控難題，除了具備以往提供持續(xù)穩(wěn)定的視頻監(jiān)控外，全天候攝像機(jī)還將承擔(dān)更多監(jiān)控任務(wù)。

　　目前，普通監(jiān)控?cái)z像機(jī)由于受成本、功能等方面的因素影響，往往不能直接用來(lái)進(jìn)行各種環(huán)境的全天候監(jiān)控，而全天候攝像機(jī)在性能和做工上都會(huì)有更高要求。全天候，最初是航空業(yè)表示所有復(fù)雜氣象在內(nèi)的各種天氣的總稱，后來(lái)其意義延伸到其他領(lǐng)域。全天候攝像機(jī)，從字面上理解最基本要求是要能適應(yīng)各種氣候條件的攝像機(jī)。所以，相對(duì)于普通攝像機(jī)，全天候攝像機(jī)運(yùn)行的環(huán)境可能復(fù)雜多變，也可能極端惡劣。為了應(yīng)對(duì)來(lái)自不同環(huán)境的挑戰(zhàn)，本文分別從幾個(gè)不同的方面來(lái)討論全天候攝像機(jī)監(jiān)控技術(shù)。

　　穩(wěn)定運(yùn)行是最基本要求

　　全天候攝像機(jī)面臨的首要挑戰(zhàn)是來(lái)自物理層面。大自然的嚴(yán)寒酷暑、打雷下雨都會(huì)考驗(yàn)全天候攝像機(jī)的性能。大多數(shù)普通攝像機(jī)都在正常的環(huán)境中運(yùn)行，而全天候攝像機(jī)在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)上必須做更為全面的考慮，采取相應(yīng)的防護(hù)措施。首先，作為在室外應(yīng)用的設(shè)備，需要具備防水、防塵、防雷等基本功能，才能有效保護(hù)設(shè)備內(nèi)部的精密元器件;其次，為了保障攝像機(jī)內(nèi)部的各種電子元件工作在合適溫度環(huán)境中，散熱也是一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的方面，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體元器件參數(shù)發(fā)生變化和縮短使用壽命;最后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用需求，全天候攝像機(jī)也會(huì)增加一些特殊功能，比如針對(duì)雨雪天，在球機(jī)上面用雨刷來(lái)降低雨雪的影響。防暴攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用要保障比普通攝像機(jī)更為堅(jiān)固，能夠防暴力、防破壞，或者耐打擊。在極端寒冷條件下為了攝像機(jī)正常運(yùn)行而采取加熱控溫措施等。這些都是為了保障全天候攝像機(jī)首先能在各種氣候環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境的全天候監(jiān)控。

　　低照度成像效果成為關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)力

　　在全天候攝像機(jī)能夠保證提供穩(wěn)定的視頻源后，全天候攝像機(jī)另外一個(gè)重要作用是提供24小時(shí)不間斷的視頻監(jiān)控，不遺漏每一個(gè)監(jiān)控細(xì)節(jié)。在白天室外正常天氣情況下，攝像機(jī)一般都能提供不錯(cuò)的視頻監(jiān)控。當(dāng)夜晚來(lái)臨，視頻監(jiān)控將受環(huán)境光照變?nèi)醯挠绊懀雇韰s是視頻監(jiān)控最為關(guān)鍵的時(shí)間段。眾所周知，監(jiān)控的一個(gè)重要作用就是威懾和打擊犯罪分子。據(jù)統(tǒng)計(jì)，絕大多數(shù)犯罪活動(dòng)都發(fā)生在晚上，特別是人少環(huán)境暗的地方。隨著攝像機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各廠商的攝像機(jī)在白天正常的光照條件下一般都有較好的圖像效果，相互之間差異較小，因而夜間圖像效果如何已成為體現(xiàn)攝像機(jī)廠商競(jìng)爭(zhēng)力的標(biāo)志。

　　夜晚由于自然光變?nèi)酰肟辞逦矬w進(jìn)行有效監(jiān)控，就要采取相應(yīng)措施，對(duì)攝像機(jī)而言，最根本的方法就是要提高攝像機(jī)Sensor的進(jìn)光量。目前一種較為流行的方法是為攝像機(jī)夜間監(jiān)控提供輔助光源，從而能有效照亮監(jiān)控場(chǎng)景。而工程應(yīng)用中較為常見(jiàn)的輔助光源主要有白光燈和紅外燈。白光燈主要的應(yīng)用之一就是作為車牌識(shí)別的補(bǔ)光燈，可以保障夜間彩色視頻監(jiān)控。但是白光燈一般需要將光源與攝像機(jī)分開(kāi)安裝，且白光燈的頻率需要與攝像機(jī)快門保持同步，不然會(huì)造成視頻閃爍。另外白光燈由于功率較大、光線較強(qiáng)刺激人眼等因素，因而也制約了白光燈的推廣應(yīng)用。相對(duì)而言，紅外燈對(duì)環(huán)境影響也較小，已得到了廣泛的應(yīng)用。夜間紅外燈開(kāi)啟時(shí)只需要將攝像機(jī)的紅外濾光片切換為全透濾光片，吸收在彩色模式下不能獲取的紅外波段光譜，這樣就增加了攝像機(jī)Sensor的進(jìn)光量。同時(shí)由于紅外光進(jìn)入Sensor的原因，監(jiān)控圖像也將由彩色變?yōu)楹诎?。紅外燈的引入可能會(huì)造成監(jiān)控圖像中間區(qū)域過(guò)曝的現(xiàn)象，即“手電筒效應(yīng)”，這時(shí)需要對(duì)紅外燈的強(qiáng)度進(jìn)行控制，相應(yīng)的智能紅外調(diào)光技術(shù)(Smart IR)也發(fā)展起來(lái)了，使紅外燈下圖像亮度分布更加均勻。目前紅外補(bǔ)光技術(shù)普遍存在的一個(gè)缺點(diǎn)是只能提供黑白圖像監(jiān)控，令人欣慰的是，紅外燈下的彩色圖像監(jiān)控研究也已經(jīng)有許多關(guān)鍵技術(shù)突破，相信在不久的將來(lái)在紅外補(bǔ)光開(kāi)啟下也能得到彩色 視頻監(jiān)控。

　　另一方面，各大Sensor廠商也在研發(fā)大靶面Sensor來(lái)提高進(jìn)光量，保證夜間也有較好的彩色監(jiān)控效果，為夜間提供更多監(jiān)控細(xì)節(jié)。在晚上，隨著環(huán)境光照變?nèi)?，采集的視頻也變暗、噪聲增大，會(huì)給監(jiān)控圖像帶來(lái)碼流變大，圖像細(xì)節(jié)消失等問(wèn)題，降噪技術(shù)也是夜間監(jiān)控效果的關(guān)鍵技術(shù)之一。經(jīng)過(guò)新一代3D降噪技術(shù)處理后的圖像噪點(diǎn)會(huì)明顯減少，圖像更加通透，從而顯示出比較純凈細(xì)膩的畫面，降噪同時(shí)也能減少視頻數(shù)據(jù)量，從而降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲(chǔ)的壓力。

　　多功能和智能化成為趨勢(shì)

　　除了前文介紹全天候攝像機(jī)的兩個(gè)方面外，在各種特殊環(huán)境下，全天候攝像還需要更強(qiáng)大的功能。在光照明暗相差較大的場(chǎng)景中，如果需要同時(shí)看清圖像中亮的部分和暗的部分的細(xì)節(jié)信息就需要采取寬動(dòng)態(tài)技術(shù)，這對(duì)于入口、逆光、陰影等場(chǎng)景都會(huì)有效果提升。夜間對(duì)車輛監(jiān)控，車燈會(huì)影響對(duì)車牌的監(jiān)控，如果沒(méi)有任何補(bǔ)光措施，采用強(qiáng)光抑制技術(shù)能夠有效抑制車燈強(qiáng)度和光暈大小，在強(qiáng)光下也能看清車牌。

　　室外攝像頭還會(huì)因?yàn)榻咕嗥苹蛘呔劢顾蓜?dòng)導(dǎo)致視頻圖像的模糊，全天候攝像機(jī)還需要能對(duì)模糊的視頻信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。室外安裝的攝像頭會(huì)因?yàn)榇箫L(fēng)吹過(guò)或者車輛經(jīng)過(guò)而造成攝像頭的輕微抖動(dòng)，為了保持監(jiān)控視頻的穩(wěn)定性，視頻防抖技術(shù)能有效減輕抖動(dòng)帶來(lái)的影響。

　　最近幾年，每到秋冬季，霧霾就會(huì)籠罩在全國(guó)大部分地區(qū)，霧霾嚴(yán)重影響普通攝像機(jī)的監(jiān)控質(zhì)量。在高速公路、森林防火、離海面較近的港口碼頭等遠(yuǎn)距離監(jiān)控中往往容易受到霧氣干擾，使24小時(shí)不間斷監(jiān)控面臨新的挑戰(zhàn)。全天候攝像機(jī)一個(gè)新的應(yīng)用是透霧功能，尤其是在我國(guó)北方地區(qū)有較強(qiáng)的需求。

　　隨著攝像機(jī)的普及，視頻數(shù)據(jù)爆炸式的增長(zhǎng)。低帶寬、低存儲(chǔ)也是全天候攝像機(jī)發(fā)展的方向，能夠在線路與存儲(chǔ)容量不變的情況下提供更高質(zhì)量的監(jiān)控視頻。

　　此外，智能化也將成為全天候攝像機(jī)的一個(gè)趨勢(shì)，交通路口車輛測(cè)速、公共場(chǎng)所人流統(tǒng)計(jì)、人臉檢測(cè)與識(shí)別、火災(zāi)報(bào)警和環(huán)保監(jiān)控都有很大應(yīng)用市場(chǎng)。攝像機(jī)的增加導(dǎo)致視頻數(shù)據(jù)也急劇增長(zhǎng)，過(guò)去靠人眼觀看錄像已經(jīng)不能滿足需求，智能化監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大量復(fù)雜的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而能夠節(jié)約人力成本和減輕負(fù)擔(dān)。同時(shí)智能攝像機(jī)在實(shí)時(shí)監(jiān)控中能做出分析與報(bào)警，能夠在未來(lái)成為監(jiān)控人員的重要輔助手段，從而大幅提升監(jiān)控效率，有效預(yù)防各種犯罪活動(dòng)和突發(fā)災(zāi)害。

　　全面布局，重點(diǎn)突破

　　為了應(yīng)對(duì)監(jiān)控技術(shù)的新發(fā)展近幾年來(lái)，隨著攝像機(jī)技術(shù)和工程項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的日益積累，IPC在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、編解碼、低照度、智能化等全天候監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)方面都有了重大的發(fā)展，H.265高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也逐漸推向監(jiān)控市場(chǎng)，下面我們就來(lái)對(duì)比H.265超低照度全天候攝像機(jī)與普通攝像機(jī)的差別。

　　下圖為H.265超低照度全天候攝像機(jī)(左圖)與普通攝像機(jī)(右圖)在低照度(0.1Lux)下的監(jiān)控圖像效果對(duì)比。可以看出在相同的低照度環(huán)境下，普通攝像機(jī)基本上看不清畫面細(xì)節(jié)，而H.265超低照度攝像機(jī)依然保持較好的圖像清晰度與色彩還原度。

左圖

右圖

　　此外，采用最先進(jìn)H.265編碼技術(shù)的超低照度攝像機(jī)，編碼效率大幅提升。在室外監(jiān)控環(huán)境下，傳輸1080P動(dòng)態(tài)視頻所需碼流僅1.5Mbps，而傳統(tǒng)的H.264技術(shù)則需要4Mbps甚至更高帶寬，從而有效節(jié)省了傳輸帶寬，進(jìn)而降低了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。在不改變?cè)鎯?chǔ)設(shè)備的同時(shí)用戶可以免費(fèi)獲得3倍以上的視頻錄像存儲(chǔ)量，這對(duì)于舊的監(jiān)控系統(tǒng)高清化升級(jí)節(jié)省了線路和存儲(chǔ)改造更新環(huán)節(jié)，節(jié)省了大量時(shí)間和成本，具有極大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　經(jīng)測(cè)試，在室外存在運(yùn)動(dòng)物體場(chǎng)景中，H.265攝像機(jī)的碼流約為1261Kbps，而采用H.264編碼攝像機(jī)的碼流約為3580Kbps，可以看出H.264編碼攝像機(jī)所占帶寬足足是H.265攝像機(jī)的3倍之多。

　　在室內(nèi)靜態(tài)場(chǎng)景中，H.265攝像機(jī)的碼流大小僅為160Kbps!而相同場(chǎng)景的H.264攝像機(jī)的碼流高達(dá)1415 Kbps，即采用H.265的高效編碼能有效節(jié)省更多帶寬。

　　結(jié)語(yǔ)

　　全天候監(jiān)控?cái)z像機(jī)由于其強(qiáng)大功能和適應(yīng)能力，在未來(lái)的視頻監(jiān)控中將發(fā)揮更為重要的作用。目前，全天候監(jiān)控的各項(xiàng)技術(shù)正在逐漸走向成熟，再加上市場(chǎng)需求的推動(dòng)，全天候監(jiān)控?cái)z像機(jī)將是各大安防廠商競(jìng)爭(zhēng)的主要戰(zhàn)場(chǎng)。掌握全天候監(jiān)控的各項(xiàng)核心技術(shù)，從而搶占這一快速發(fā)展領(lǐng)域的市場(chǎng)份額，對(duì)各大安防廠商來(lái)說(shuō)既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。