低照度的環(huán)境定義與監(jiān)控訴求

　　什么條件可算是低照度環(huán)境呢?從字面上來看，環(huán)境照度非正常標(biāo)準(zhǔn)的條件謂之低照度。對低照度的定義眾說紛紜，并沒有統(tǒng)一的工程標(biāo)準(zhǔn)定義，只有表示彩色攝像機(jī)可視條件從0.0004～1Lux，黑白攝像機(jī)可視條件從0.0003～0.1Lux的說法，但其實真正的低照度環(huán)境需要很多光線及照明等條件配合。

　　如果以工程實務(wù)角度來看，其定義也沒那么復(fù)雜：當(dāng)一個攝像機(jī)的影像在畫面開始產(chǎn)生一些黑暗部分噪聲及色彩產(chǎn)生變化時，都可以在工程執(zhí)行上以低照度來認(rèn)定此時的環(huán)境條件。所以其實從學(xué)理上，監(jiān)控工程執(zhí)行并不須要考慮太多理論數(shù)值來驗正是否須要低照度監(jiān)控設(shè)備，而應(yīng)該依據(jù)環(huán)境的情況來認(rèn)定，才比較符合工程上設(shè)備采用的要求。

　　再談到低照度監(jiān)控訴求時，必須先把低照度、完全黑暗或有輔助照明這樣的環(huán)境做一個明確的了解及區(qū)分，因為低照度的環(huán)境不等于全暗條件，更不等于有輔助照明的情況，所以在做低照度環(huán)境監(jiān)控布建前，必須認(rèn)識到個別環(huán)境條件下采用的監(jiān)控攝影設(shè)備也不盡相同。在低照度環(huán)境監(jiān)控布建前就應(yīng)該了解這種應(yīng)用技術(shù)與照度差的對應(yīng)關(guān)系。過去在各種夜視技術(shù)尚未完備時，低照度監(jiān)控一直是工程應(yīng)用上的主要熱點，即便在后來紅外線及熱感攝像機(jī)大行其道的階段，低照度監(jiān)控設(shè)備仍然有其不可替代性。這些低照監(jiān)控設(shè)備的照度差與應(yīng)用技術(shù)關(guān)鍵在于以下這幾個要件:

　　1. CCD/CMOS Sensor完備的配套技術(shù)

　　一個完整的低照攝像機(jī)由兩部分組成，即鏡頭和攝像機(jī)本體，而攝像機(jī)本體包括感光器Sensor組件(CCD或CMOS)、復(fù)雜的信號處理電路(DSP Processor)及濾光片(Filter)等。在Sensor組件上低照監(jiān)控應(yīng)用有一個特性，那就是Sensor感光面積越大進(jìn)光量越高，也就是說在低照監(jiān)控上與Sensor尺寸大小對應(yīng)的低照度效益是1/2”優(yōu)于1/3”，而1/3”又更優(yōu)于1/4”的感光組件，這是低照監(jiān)控應(yīng)用與技術(shù)關(guān)系中不可忽略的關(guān)鍵。

　　2. 鏡頭技術(shù)

　　鏡頭也是攝像部件的重要組成部份，它在低照監(jiān)控應(yīng)用技術(shù)上作用是為攝像機(jī)的Sensor感光組件聚焦被攝物體的光線，這里的低照應(yīng)用與技術(shù)關(guān)系在于鏡頭的口鏡越大進(jìn)光量也會越大，也就是鏡頭的進(jìn)光量F值越小，為了使得攝像機(jī)獲得理想的低照度效果，需要配置相適合的或F值較小的鏡頭為另一關(guān)鍵。

　　3. 濾光片F(xiàn)ilter技術(shù)

　　濾光片是彩色攝像機(jī)的一個組件，對攝像機(jī)的低光成像效果有很大作用。一般濾光片可濾除紅外光。采用可濾除不需要的紅外光而保留需要的紅外光的濾光片。目前高端低照度攝像機(jī)會選用雙濾光片ICR-CUT，即白天采用不感應(yīng)紅外的濾光片以獲得清晰的圖像，夜間采用可感應(yīng)紅外的濾光片得到更低的照度。

　　由以上三個低照度應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵說明，可知低照度監(jiān)控系統(tǒng)布建的訴求重點何在。

　　低照度監(jiān)控布建可應(yīng)用方案有哪些?

　　工程技術(shù)人員都應(yīng)該知道在光線較差的環(huán)境中，低照度攝像無需輔助光源即能識別目標(biāo)物體，這些都是靠攝像體本身Sensor、DSP、鏡頭及慮光片協(xié)作所致，而在這些關(guān)鍵技術(shù)采用下，低照監(jiān)控的布建應(yīng)用也就越來越受到工程商的重視與使用青睞。這些低照度監(jiān)控應(yīng)用方案大致包含以下:

　　1. 最基礎(chǔ)也是最笨的一種方式——幀累積應(yīng)用方案

　　這種應(yīng)用也叫做低快門(Slow Shutter)，此類攝像機(jī)又稱為畫面幀累積型攝像機(jī)，它是利用內(nèi)存的技術(shù)并放慢快門速度，連續(xù)將幾個因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，成為一個影像清晰的畫面，運(yùn)用慢快門技術(shù)降低攝像機(jī)照度至0.009lux/f1.2以下，并且畫面能夠累積的幀數(shù)(128或256幀)是屬于一種既笨又可靠的低光應(yīng)用技術(shù)。

　　此類型低照度攝像機(jī)適用于禁止紅或紫外線的場所，比如博物館或夜行動生物觀察，國土海岸監(jiān)視等，屬于較靜態(tài)場所的低照監(jiān)視使用。

　　2. 電子機(jī)械應(yīng)用方式——彩色變黑白模式方案

　　此方式又稱為日夜模式(Day & Night Mode)，此類攝像機(jī)目前在市場上仍有其特定的需求，一般日夜型攝像機(jī)的照度在國內(nèi)市場上標(biāo)示數(shù)值最低有達(dá)到0LUX的程度，但0Lux基本無法呈現(xiàn)色彩，因此在應(yīng)用于低照監(jiān)控布建時必須特別聲明其效能。這種白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO)攝像機(jī)是利用黑白影像對紅外線感度較高的特點，在一定的光源條件，利用電機(jī)機(jī)械線路切換濾光片或軟件切換為黑白信號模式的方式，將影像由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于感應(yīng)紅外線。

　　在彩色/黑白線路轉(zhuǎn)換的過程中，為了搭配紅外線，拿掉了彩色攝像機(jī)不可缺的紅外線濾光片，此種作法雖可在夜晚達(dá)到“低照度”的目的，但在應(yīng)用時卻有影像焦距模糊，色彩表現(xiàn)不正確的缺點，并且攝像機(jī)的成像距離會受到紅外線成像焦點位移差的影響導(dǎo)致無法清晰成像的結(jié)果。因此為達(dá)真正的低照度攝像除采用IR紅外鏡頭搭配使用才能達(dá)到成像清晰的要求，而特別注意的是礙于攝影機(jī)本身采用組件的功能限制,因此這種而白天彩色/晚上黑白的攝像機(jī)只是利用線路切換及搭配紅外光的方式，并不能算是低照最好的方式。

　　3. 最科學(xué)化的應(yīng)用方式——高感度低光感應(yīng)模式方案(Low-Light)

　　此方式又稱做Exview-HAD模式，也可稱為全天候攝像機(jī)，是最熱門的低照度監(jiān)控應(yīng)用機(jī)種。其彩色模式低照度可達(dá)0.01Lux，黑白更可達(dá)0.001Lux，搭配紅外線時可在 0Lux下使用。此類低照監(jiān)控的攝像機(jī)不僅能清晰的辯識影像，更不會出現(xiàn)類似低照時幀累積方式出現(xiàn)延遲畫面。此類型攝像機(jī)主要采用Exview-HAD超感光組件，使得最低照度可達(dá)0.001Lux,幷且還能保持較小影像噪聲比，而實現(xiàn)真正意義的低光級攝像機(jī)，在相對黑暗的環(huán)境下無需使用紅外燈就可以得到較為清晰的影像，使安防行業(yè)在低照監(jiān)控的技術(shù)發(fā)展更深一層。

　　4. 有效的輔助低照的應(yīng)用方式——紅外線輔助模式方案(IR Mode)

　　感紅外攝影機(jī)又稱為紅外輔助攝像機(jī)，由于感光組件有很寬的感光光譜范圍，其感光光譜不但包括可見光區(qū)域，還延長到紅外區(qū)域，利用此特性，可以在夜間無可見光照明的情況下，用輔助紅外光源照明可使影像感光器清晰的成像。在實際低照監(jiān)控工程應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)黑白攝影機(jī)比彩色攝影機(jī)具有更高的靈敏度，可以在較暗的環(huán)境里獲得更清晰的影像，特別在有紅外光源輔助照明配合下，更是可以做到0Lux(可見光)。因此在使用紅外燈時我們應(yīng)選擇黑白攝影機(jī)或是日夜兩用攝影機(jī)鏡頭，并具有IR自動光圈，以適應(yīng)晝夜照度很大的變化。

　　以上四類為低照監(jiān)控時最有效的系統(tǒng)布建應(yīng)用方式，給我們在系統(tǒng)產(chǎn)品選型上提供了一個有效低照環(huán)境應(yīng)用依據(jù)，但除了應(yīng)用的選型依據(jù)之外，我們在低照監(jiān)控系統(tǒng)的布建產(chǎn)品選型上還要注意一些重要的選行應(yīng)用問題，這些問題可謂包羅萬象。[nextpage]

　　低照度環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用問題

　　低照度監(jiān)控系統(tǒng)的建置不免在工程過程中或系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)用上產(chǎn)生問題，這些問題有些來自產(chǎn)品電路電子性能，有些來自環(huán)境物理特性，不一定是您我在工程施作前就能預(yù)期的，因此要在特殊的低照度監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行工程的項目，勢必有一些經(jīng)驗與問題是我們必須事先了解并加以預(yù)防的，特別是在低照度的一些應(yīng)用問題上，以下就四個低照度應(yīng)用類型，將可能發(fā)生問題簡述于后;

　　1. 焦點偏移的問題

　　由于使用紅外線攝影機(jī)或輔助紅外線照明，可見光與紅外光由于波長不同，會使影像成像焦點不在一個平面上，導(dǎo)致在白天可見光條件下圖像清晰，而夜間紅外光條件下模糊，或者夜間紅外光條件下圖像清晰，白天可見光條件下圖像模糊。

　　這種情況可以用三個方法解決。第一，采用自動聚焦一體化攝像機(jī);第二，采用IR專用焦點不偏移鏡頭;第三，采用專業(yè)的調(diào)整工具，在非IR鏡頭條件下也可以實現(xiàn)焦點不偏移的要求。

　　2. 色彩不正確的問題

　　雖然黑白攝像機(jī)可以感應(yīng)紅外光。但紅外光線在可見光下對于彩色攝像機(jī)來講卻是一種干擾的雜光，會降低彩色攝像機(jī)的清晰度和色彩還原。一般彩色攝像機(jī)的濾光片就是為了阻止紅外線參與成像。但兩相選擇下常讓低照監(jiān)控的色彩產(chǎn)生不正確的情況。

　　因此要讓彩色攝影機(jī)感應(yīng)紅外線現(xiàn)在有兩個做法。第一，切換濾光片，在可見光條件下?lián)踝〖t外線進(jìn)入;在無可見光的條件下移開濾光片，讓紅外線進(jìn)入;這種方案得到的影像質(zhì)量好，但成本高且會出現(xiàn)一定的故障率。第二，在濾光片上打開紅外線通道，允許與紅外燈波長相同的紅外光線進(jìn)來，但色彩還原略差。

　　3. 低光感應(yīng)或搭配紅外線照明的畫面紅暴問題

　　由于紅外線波長在700nm-800nm間的影像在感應(yīng)時容易出現(xiàn)類似白亮曝光的紅暴現(xiàn)象，因此低照度監(jiān)控能不能避免出現(xiàn)紅暴就是一個高超的技術(shù)問題，但實際上有無紅暴只是一個選擇問題，并不是技術(shù)問題。波長在900nm以上的紅外線就不會有紅暴現(xiàn)象，而波長越短，紅暴越強(qiáng)，紅外線感應(yīng)度也越高，所以是產(chǎn)品的選配選擇而不是技術(shù)問題。

　　4. 紅外線照明的投射角度問題

　　紅外燈是不是視角越大越好?其實是要看搭配鏡的，大部份工程商都對這種說法產(chǎn)生迷思，大多認(rèn)為紅外燈發(fā)射視角越大，選用鏡頭越大，就不會出現(xiàn)紅外線燈的”手電筒”現(xiàn)象。一般情況下，紅外燈的視角要與鏡頭的視角相一致，效果才是最佳的。

　　5. 低照度監(jiān)控的距離問題

　　低照紅外產(chǎn)品的夜視距離無一定的標(biāo)準(zhǔn)。各廠商都各自吹擂其效果，但實測上常常都無法令人滿意，其實應(yīng)該以客戶端的需求為標(biāo)準(zhǔn)。什么條件才是正確的其實說法也很多，但主要是以攝像機(jī)、鏡頭及紅外線輔助照明之間的匹配才是最正確的說法，只有確定一定質(zhì)量的攝像機(jī)和鏡頭照明等的共同匹配才能確定其作用距離。

　　低照度環(huán)境監(jiān)控產(chǎn)品選型注意事項

　　低照度監(jiān)控的產(chǎn)品選型是一件很慎重又不好處理的工作，工程商在此部分如果沒有一些參考原則，容易在產(chǎn)品選型上產(chǎn)生一些疏忽，最終使得系統(tǒng)效果發(fā)生折扣，因此有些選型上的注意事項也是在低照度監(jiān)控系統(tǒng)布建時不可忽略的，這些注意項大致如下：

　　· 最好選擇紅外鏡頭

　　因普通的光學(xué)鏡頭，物體反射回鏡頭的紅外光不能有效聚焦到感光組件Sensor靶面上，此時紅外夜視效果就會大打折扣，因而最好選用紅外鏡頭。尤其是彩色轉(zhuǎn)黑白(D/N)攝像機(jī)，不選用紅外鏡頭就不能使日夜監(jiān)視焦面一致，致使日夜圖像不能都保持清晰。

　　· 選用真正低照度攝像機(jī)

　　部分市售攝像機(jī)其最低照度都不實際，使夜視有效距離大大降低，因此最好能實際測試。一般最好都能在小于0.05Lux的條件，總之，照度越低越好，由于目前行業(yè)還未規(guī)范，所以不能完全相信生產(chǎn)廠標(biāo)示的最低照度，要在實用條件下進(jìn)行測試再使用。

　　· 紅外攝像機(jī)要有自動電子快門與自動增益控制(AGC)功能

　　因為有了這些功能，才能使信號調(diào)整到比較好的狀態(tài)，以滿足低照度的效果。

　　· 選好攝像機(jī)的配套穩(wěn)壓小電源

　　攝像機(jī)電源的選取要注意如下兩點: 第一 選穩(wěn)壓電源。因市電不穩(wěn)，如只選一交流變直流12V的變壓器而不穩(wěn)壓就會使攝像機(jī)中的電路工作不穩(wěn)定，從而使攝像機(jī)的工作不穩(wěn)，所需性能就達(dá)不到要求;第二. 選比攝像機(jī)的電流要大上一倍以上的電源為好。如攝像機(jī)的電流為300mA或350mA，一般選500mA即足夠。若選電流量太小或近似等于攝像機(jī)的需求電流量就可能產(chǎn)商機(jī)體或電源發(fā)熱情況，近而影響設(shè)備壽命。

　　· 鏡頭最好選擇與攝像機(jī)的接口安裝方式一致

　　一般攝像機(jī)鏡頭與攝像機(jī)的接口安裝方式有C型和CS型兩種，兩者最好一致。如果選用了C型鏡頭，雖然可以加一5mm厚的接圈。但加接圈就直接影響到機(jī)械背焦的準(zhǔn)確性，或甚至可能使鏡頭碰到感光組件的保護(hù)玻璃，而造成攝像機(jī)的Sensor損壞，須特別注意。

　　· 最好選自動光圈鏡頭，以適應(yīng)晝夜照度很大的變化

　　由于日夜監(jiān)控，其照度變化范圍很大，因而最好選用能自動根據(jù)照度變化的自動光圈鏡頭，以使圖像保持清晰。

　　· 選擇窗口玻璃質(zhì)量好的保護(hù)罩

　　低照度監(jiān)控系統(tǒng)除了選紅外燈、攝像機(jī)、鏡頭外，還要慎選攝影機(jī)保護(hù)罩、供電電源的組合保護(hù)考慮。因為保護(hù)罩對紅外燈的照明投射會有影響，例如紅外光對不同材質(zhì)的保護(hù)罩會產(chǎn)生不同的透射率和反射率，特別是自動除霧的鍍膜玻璃，會使紅外光產(chǎn)生衰減及折射偏移，所以慎選材質(zhì)良好的窗口保護(hù)罩。

　　以上是在低照度監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品選型上應(yīng)注意事項，希望透過這樣的陳述能讓大家更快了解低照度監(jiān)控系統(tǒng)布建的一些相關(guān)工程實務(wù)工作。

　　結(jié)語

　　低照度監(jiān)控系統(tǒng)的布建與產(chǎn)品選型工作是一門專業(yè)的工程知識，低照度監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用無遠(yuǎn)弗界，低照監(jiān)控可應(yīng)用于智能交通監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)場跑道安全監(jiān)控系統(tǒng)，飛機(jī)起降安全光電跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)場周界安全夜視監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)場禁區(qū)鳥群探測監(jiān)控系統(tǒng)，港口碼頭，航道安全監(jiān)控系統(tǒng)，海岸線監(jiān)控系統(tǒng)，核電站/變電站/水電站/水庫大壩安全監(jiān)控系統(tǒng);石油/天然氣管道安全監(jiān)控系統(tǒng)，地鐵運(yùn)行安全日夜監(jiān)控系統(tǒng)，鐵路貨運(yùn)物資防盜取證監(jiān)控系統(tǒng);森林防火安全監(jiān)控系統(tǒng);環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，國家文物及重要物資倉庫安全夜視監(jiān)控系統(tǒng)等。因此;低照度監(jiān)控系統(tǒng)的建置應(yīng)該是多樣化并富有變化彈性，如此才能提供用戶與工程商一套完善的系統(tǒng)套用。