近幾年，市面上出現(xiàn)形形色色的低照度攝像機(jī)產(chǎn)品，但所能實(shí)現(xiàn)的功能卻是有差別的，究竟是什么原因造成了它們的不一致?下面我刊資深技術(shù)顧問試從低照度成像產(chǎn)品類型及原理方面做一番分析。
低光攝像機(jī)又稱作低照度攝像機(jī)，是一種專為光線照度不足的環(huán)境所開發(fā)設(shè)計(jì)的監(jiān)控產(chǎn)品，它的組成有相當(dāng)程度的復(fù)雜性，從鏡頭到攝像機(jī)傳感器及圖像處理芯片都是形成夜視低照功能的關(guān)鍵，因此低光攝像機(jī)在成本上也較高于一般攝像機(jī)。以下我們就所了解的低光攝像機(jī)效能與類別分別說明如后。
低光攝像成效源自組件條件
我們都知道低光攝像機(jī)除了比須搭配IR類型的鏡頭以滿足日夜低照下的成像焦點(diǎn)之外，更重要的是這種低光攝像機(jī)功能形成的組件部分是特別的，尤其在圖像傳感器Sensor與DSP/ISP圖像處理器的部分，現(xiàn)階段由于第6代的網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)已經(jīng)正式上市，除了更高感度1100mV以上的CMOS圖像傳感器已應(yīng)用在百萬高清攝像機(jī)上，透過這些SONY與Aptina為主的Sensor廠家產(chǎn)品，圖像感應(yīng)光線的敏感度已大幅改進(jìn)到0.001Lux以上成為一種標(biāo)準(zhǔn)型態(tài)的低光低照度要求，更在Fullhan等DSP的助力下，讓CMOS應(yīng)用不再對(duì)低光環(huán)境具懼;相反，特別是在例如TIDaVinciDM388視訊處理器的應(yīng)用下，為百萬像素實(shí)時(shí)IP攝像機(jī)推出其進(jìn)階動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)凸饧夹g(shù)。與很多同類圖像壓縮處理器SoC一樣的解決方案，這種處理器可在一般照明所需的一半的照度條件下呈現(xiàn)清晰的圖像，非常適合各種動(dòng)態(tài)低光環(huán)境使用，這種類型的低光型圖像處理器都可采用同步數(shù)據(jù)壓縮與傳輸以及3D噪聲濾波等功能，并支持夜視寬動(dòng)態(tài)范圍，而且這些都采用H.264/SVCT格式且支持實(shí)時(shí)傳輸，使低光攝像機(jī)得以在這些組件支持下取得低光照的實(shí)際效應(yīng)。
低光攝像機(jī)的型式與類別分析
進(jìn)行低照度與夜視監(jiān)控建置及產(chǎn)品選型前，需先對(duì)低照度與夜視應(yīng)用的類別及特性有所了解，只有掌握這些類別特性之后才能善加運(yùn)用于相應(yīng)的環(huán)境。首先，低照度攝像機(jī)一般是指無需輔助燈光就能夠辨別低照度環(huán)境下的目標(biāo)，其原理是運(yùn)用攝像機(jī)本身感光組件Sensor、圖像處理單元ISP/DSP及鏡頭光學(xué)作用共同實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用這些底層關(guān)鍵技術(shù)，低照度與夜視監(jiān)控的應(yīng)用方式才得以產(chǎn)生實(shí)際的效能，而其實(shí)現(xiàn)方式并非只有一種，大致包含以下幾大類。
1.低光高感度模式(Low-LightMode)
這種類型又稱低光全彩模式，此型攝像機(jī)大多采用SuperHADEx-viewCCD/EXTRA-ViewCCD或背照式COMS為感光組件，在低照度環(huán)境下有很好的可見光和近紅外光反應(yīng)。應(yīng)用此技術(shù)的攝像機(jī)也稱做全天候攝像機(jī)。通常其低光彩色模式的低照度可達(dá)0.01Lux，以黑白呈現(xiàn)可達(dá)0.001Lux，搭配紅外光輔助照明則可在0Lux時(shí)使用，但后兩種情況的照度不構(gòu)成Low-light低光彩色條件的要求與模式。此種監(jiān)控?cái)z像機(jī)不僅能清晰的辨識(shí)圖像，更能在低光下維持一定噪聲值以呈現(xiàn)彩色畫面，且不會(huì)有慢速快門光累積(或稱幀累積)方式在呈現(xiàn)低照度圖像時(shí)會(huì)出現(xiàn)的畫面延遲拖尾(拖影)等情況。
2.白天彩色/夜晚黑白模式(Day/NightMode)
這種類型又稱為D/N日夜模式，它是利用電子機(jī)械原理來發(fā)揮作用，此種攝像機(jī)在市場上漸漸成為主流。一般日夜型攝像機(jī)的低照度性能以彩色0.01Lux及ICRON黑白時(shí)0.001~0.0001Lux的模式來標(biāo)示，有些標(biāo)示以0Lux表示，但是這樣的標(biāo)示基本沒有任何意義，因此在應(yīng)用于低光夜視情況下的日夜監(jiān)控時(shí)必須特別說明。此種攝像機(jī)利用黑白圖像對(duì)紅外線高感度的特點(diǎn)，在特定的光線條件下，利用電子機(jī)械線路來切換濾光片ICRCUT或直接切換為黑白信號(hào)，即在感應(yīng)紅外線后將圖像由彩色轉(zhuǎn)為黑白模式。而在彩色/黑白線路轉(zhuǎn)換的過程中，因?yàn)闉V除了紅外光，使得畫面成像焦點(diǎn)產(chǎn)生變化，故必須搭配IR鏡頭，使日夜成像焦距保持在同一成像點(diǎn)，以避免圖像焦距模糊及色彩表現(xiàn)不正確等缺點(diǎn)，雖然此類型攝像機(jī)已成為采用主流，但額外搭配紅外IR濾光鏡頭讓成本增加這一點(diǎn)是較令工程商詬病的，且嚴(yán)格來說，此模式是主流機(jī)型但卻不是最理想的低照與夜視應(yīng)用方式。
3.紅外線輔助照明模式(IRIlluminationMode)
此類型又稱紅外線攝像機(jī)(IRCamera)，是目前除了日夜轉(zhuǎn)換攝像機(jī)以外，算是最好的一種低照度與夜視應(yīng)用，此類型還可分為攝像機(jī)內(nèi)置IR紅外線LED燈及外掛IR紅外線輔助投射燈兩種。因?yàn)镃CD及CMOSSensor感光組件可以感應(yīng)大部分可見光及紅外線光譜范圍，故可在夜間無可見光照明的情況下，輔助紅外燈照明可以使圖像Sensor感應(yīng)到更清晰的圖像。同時(shí)，攝像機(jī)的感光組件在黑白模式下比彩色模式下具有更高的光感靈敏度，可在黑暗的環(huán)境中擷取到更清晰的圖像，所以在紅外線投射燈的輔助照明下，可做到0Lux環(huán)境條件下的監(jiān)控應(yīng)用。此外透過光敏電阻的自動(dòng)點(diǎn)滅裝置，還可選擇搭配黑白或日夜型攝像機(jī)以增加低照與夜視的監(jiān)控應(yīng)用能力。
4.DSS慢速快門模式(DigitalSlowShutter)
這是一種利用DSS電子低速快門，讓光線大量通過鏡頭光圈快門累積出較高的畫面照度效果，也被稱為光或幀累積方式。這類幀累積型攝像機(jī)，利用慢快門技術(shù)，將因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，形成一個(gè)圖像清晰的畫面。在光圈為f1.2-1.4的前提下，畫面能累積足夠的照度幀數(shù)，此技術(shù)可降低攝像機(jī)照度至10-4Lux。有過去專家提及這是一種笨拙但卻可靠的低光應(yīng)用技術(shù)，但要注意，這種技術(shù)只適用于固定式不動(dòng)的攝像機(jī)采用，且需求環(huán)境光線變化是恒定狀態(tài)，否則容易導(dǎo)致畫面拖影、延時(shí)現(xiàn)象，這是一種常常被用于禁止使用紅外線或投射燈的靜態(tài)監(jiān)控場所，如石化廠、監(jiān)獄等案場。
結(jié)語
對(duì)低光型攝像機(jī)而言，改善攝像機(jī)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍仍然是現(xiàn)階段廠商努力的目標(biāo)，監(jiān)控的環(huán)境一直在改變也一直都對(duì)攝像機(jī)光線照度充滿了挑戰(zhàn)，因此低光型攝像機(jī)在像能上也不是就此而止，而是絕對(duì)充滿了更加先進(jìn)的夜視應(yīng)用契機(jī)。
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