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夜视摄像向超低照度发展 相关技术与要点分析

作者: 编辑: 来源: www.ichano.cn 发布日期: 2018.08.19
信息摘要:
随着视频监控摄像机成像技术的快速发展,低照度条件下的摄像机工作能力随之越来越高。伴随CCD和DSP技术的日趋进步,低照度摄像机在不少领域中使…

随着视频监控摄像机成像技术的快速发展,低照度条件下的摄像机工作能力随之越来越高。伴随CCD和DSP技术的日趋进步,低照度摄像机在不少领域中使用,但行业专家认为低照度摄像机并非是市场主流,只有在一些特定的情况下被应用,如添加光源成本较高或不便于安装光源的情况下,低照度摄像机才能发挥作用。

最近,超低照度摄像机成为新趋势,目前大多数生产厂家都已推出各具特色的不同价位的低照度摄像机,那么,超低照度的技术发展路线和相关注意要点有哪些呢?

一、“超低照度”到底是什么?

根据标准化的定义,目前安防行业将前端摄像机分为四个等级:普通级摄像机,一般照度均大于0.1Lux;照度范围在0.1Lux至0.01Lux之间的摄像机,一般被称为低照度摄像机;而被称为月光级的摄像机,其照度范围均在0.01Lux至0.001Lux;当照度范围达到并超过了0.0001Lux的时候,便达到了“星光级”的超低照度摄像机。

上面的数值虽然一直以来都被用作衡量摄像机产品是否是低照度的标准,但是仅以此视作低照度产品的标杆,是完全不够的,也是不负责任的一种表现。

那么,我们所说的“超低照度”到底是什么呢?根据无线电工程学会(IEEE)给出的标准定义:在广播级视频电平中,任何视频信号在播放时的亮度电平都不能超过100IRE。当视频输出电平的振幅低于原始振幅的30%时,视频信号提供的图像将视为不可用。

上面的这个描述或许有点复杂,让我们将其还原应用至“超低照度”摄像机上面来:以星光级产品为例,如若在0.001Lux的情况下,通过摄像机自带(需摄像机内置的图像处理器DSP支持)的AGC(自动增益控制)功能提供额外的10%的图像增益修正,视频输出的电平只有15%IRE,在这样的情况下,拍摄到基本无光的实验室内的图像表现如下图1所示,只能稍微看到环境中物品本身所带的点点亮光,其它几乎不可视,这是完全没能达到“可用”标准。因此,在照度描述下标注IRE值是一个安防生产商对自身产品质量的信心体现,也是对客户负责任的体现。

加上了IRE标注的低照度产品就能视为可信吗?回答依然是否定的,因为“光”的开口还被另一个器件——镜头把关着。

镜头的光圈大小,即f值的大小直接决定了产品的价格。光圈越大,f值越小,价格越高;反之亦然。一个需要镜头光圈f=0.9开口的星光级摄像机与一个需要镜头光圈f=1.2开口的星光级摄像机,你会选择哪个产品?这个问题或许不好回答,但如果我们换种方式提问:一个价格2万多元的星光级摄像机与一个价格只需要两千元左右的摄像机,两者功能无差异,只有镜头不同,大多数客户都会选择后者。

因此,本着“用户至上,诚信为本”的原则,以笔者所在的广东迅通科技股份有限公司为例,我们将在f=1.2,振幅电平等于50%IRE情况下,照度达到0.001Lux和0.0001Lux的摄像机叫做“月光级”和“星光级”摄像机,也只有这两类产品才属于“超低照度”摄像机的行列。以迅通的超低照度百万像素宽动态高清网络半球(月光级产品)为例,在同样的几乎无光的实验室内,其图像表现如图2,我们能够捕捉到无光环境下的物品放置位置及亮光的存在。

二、实现超低照度的技术与方法

不同的传感器(尤指CCD与CMOS),由于其构造的差异,有着截然不同的方法实现“超低照度”。下面我们将分成两部分来对其进行论述。

1、CCD的超低照度之路

一块CCD传感器即是一个感光面,但其光感性能却是由每个像素位的光感性能综合决定的。以经典的SonyHAD系列CCD传感器为例,在HAD系列传感器诞生之前,受限于当时电子制造业水平,CCD的光感性能在一段时间内遭遇了难以逾越的物理屏障。

如何在越来越小的传感器上得到质量良好的成像与低照度表现,第一代SuperHAD传感器给出了答案:通过在每个像素点上安装经过形状优化设计的镀膜微小镜片,以保证光线准确到达传感器底部的基层板上,从而达到提高光利用率,使画面更清晰,照度更低。简而言之,SuperHAD技术就是一个放在传感器前面的高效率放大镜,把光正确的引导至每个微小的像素孔里面,把原本灰暗的部分给点扫灭了。有了SuperHAD技术的支撑,各大厂商纷纷推出了低照度摄像机产品,即在f=1.2的情况下,在光照强度不足0.1Lux的环境中,输出图像依然能达到或超过30%IRE。

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