数字百万高清一体化机芯的优势明显

文/高娜

数字百万高清一体化机芯的优势明显

文/高娜

随着安防监控技术的迅猛发展，安防监控的市场需求也在快速发生着变化。近几年，百万高清这个组合词汇也频繁地出现在大家的视线内，整个市场也逐步从传统的标清向百万高清跨进，百万高清监控以成熟的技术和合理的价格正逐渐渗透整个视频监控市场，百万高清产品也逐渐被越来越多的用户所接受。

百万高清摄像机，对于一些成熟的模拟摄像机的厂商来说，是一个全新的领域，因而很多厂商都从相对来说简单一些的枪式摄像机，半球形摄像机开始尝试百万高清，着重高清、网络方面的开发与起步。在高清方面有所展开之后才开始进行百万高清一体机机芯的研发及上市，因为一体机机芯独特的性能特点，其在安防监控领域上占有不可或缺的地位。

一体机机芯关键技术与优势

相对于普通摄像机，一体机机芯体积精巧，设计简洁美观，适合于高档次的应用场合，可与精美的装潢相得益彰。其区别于其他摄像机的关键部分有三点：自带一体化可变焦镜头组；自动聚焦功能；自动曝光功能。

首先是自带一体化可变焦镜头组。镜头对于摄像机来说至关重要，画质效果，特别是高清画质，很大程度取决于镜头的好坏。实际应用中也经常出现因为镜头匹配问题导致画面效果不佳的示例。自带镜头，能够保证更优的搭配，呈现更加完美的效果。而可变焦镜头组，变焦倍数从12倍、26倍、27倍到30倍、36倍，甚至更高，这对于在大范围内捕捉高清晰度图像有着重要意义，尤其适用于大范围的场景的监控。

其关键的自动聚焦功能，是监控图像清晰度的重要性能，让一体机实现快速准确的实时监控。尤其在高速公路监控中，由于车辆速度较快，容易出现监控图像模糊、拖尾等现象，高品质的一体机机芯可对车辆图像进行自动聚焦，并能达到很好的定焦效果，为道路监控和交通管理提供理想的监控图像。

自动聚焦技术与变焦控制技术相结合提高了监控效率。当图像画面发生变化(如有物体移动或变焦控制时)需要重新聚焦，自动聚焦镜头可以自动执行聚焦操作，让整个画面始终保持焦点准确图像清晰。比如我们控制镜头变焦让画面场景中的人物由远及近时，自动聚焦算法会不断分析当前画面并发出镜头自动聚焦命令，使人物在画面中始终保持焦点清晰。而如果一体机机芯安装在云台上，同样可以根据云台的操作完成自动聚焦。自动聚焦主要技术难点是要提高聚焦的速度和精度，精度将影响后期图像处理的结果。场景中被摄物体与拍摄的距离时刻发生变化，快速的聚焦十分必要，聚焦速度的提高，取决于聚焦评价函数的选择。聚焦评价函数用来衡量图像聚焦与否。基于图像处理的自动聚焦算法中常用的聚焦评价函数的类型大致有：灰度梯度函数、信息学函数、频域函数、统计学函数等。用微积分法对图像进行梯度变换，将图像的边缘增强处理，使聚焦图像与离焦图像的评价函数值更加分明，提高了准确聚焦的灵敏度。该方法是目前安防一体机机芯使用得较多的一种。

此外，一体机机芯的好坏直接决定了一体化摄像机产品之间的差距。限制一体机发展的瓶颈在于自动聚焦，聚焦速度和效果好坏，直接影响到用户对监控现场图像的抓取和录像。好的产品，可以一次性准确聚焦;差的产品，在聚焦时会来回往复，需要3、4次才能定焦，或者聚焦不到“最清晰点”。自动聚焦这一技术，成为厂商急需要解决的技术难题。

自动曝光功能同样也是重要的3A功能之一，通过IRIS调节来寻求合适的曝光，以得到更加清晰的画面。这项功能在一体机机芯对不同场所进行变倍监控时，其效果立竿见影。

除此之外，一体化机监控范围更广，特别适用于各类大范围监控场所。对于高温、雨雪等恶劣的室外环境，通过良好的防爆、防水等功能的配置，能够解决用户室外监控的后顾之忧。另外，对于特殊环境的需求，一体化机芯同样有着出色表现，有专门用于生化环境的防腐蚀一体化摄像机、有可用于海底的防水一体化摄像机，还有为应对室外高温天气而研制的，具有散热功能的一体化摄像机等。可以乐观地预计，随着一体化机芯功能优势的全面发挥，将会给各类安防应用带来更积极的监控体验。

上述诸多优势，可清晰看到一体化机芯广阔的发展前景。面对视频监控高清化、网络化和智能化的发展趋势，一体化摄像机同样需要在这条道路上长远发展,因此百万高清一体化机芯应运而生。对比模拟一体化机芯，百万高清一体化机芯有诸多优势。

百万高清一体机对比模拟产品的优势明显

百万高清一体机机芯与模拟产品主要差别在于，百万高清一体机机芯是数字信号输出，而模拟产品要经过电路转换，模数——数模两次转换，最终输出为模拟信号。另外一个大的区别则是感光器的差异，虽然CCD也可以做到百万高清，但是因成本关系，目前主流的百万高清一体机机芯的感光器均采用CMOS，而模拟产品则是采用CCD。因为这两点，导致百万高清一体机对比模拟产品优势明显。

首先是分辨率，传统模拟彩色摄像机采集垂直分辨率，目前最高达到600线左右已经是目前的极限，而数字高清摄像机最低可达800线以上，并且从分辨率上来看，传统模拟摄像机最高分辨率可以达到D1或者4CIF左右，约合（40万像素），而数字摄像机则没有此项限制，可以达到百万级像素甚至千万级像素，两者之间在像素和清晰度方面的表现则根本不可同日而语。

其次是清晰度，传统模拟摄像机原本分辨率就不高，加之要受到两次的A/D转换、电磁传输干扰、CCD所特有的隔行扫描、D1画面的合成反交错等视频损伤的影响，实际到达人眼时已经非常的模糊不清了。所以无论是D1还是4CIF等只不过是理论数值，在实际应用中清晰度则完全达不到理论数值水平。而百万高清一体机采用的是数字信号传输，它将光信号转化为数字信号，然后由DSP进行图像压缩与处理，最后输出数字压缩视频。数字摄像机在抗电磁干扰性、逐行扫描、画面分辨率方面都拥有传统模拟摄像机所不能比拟的优势。简而言之，百万高清一体机的画面比模拟产品画面要显得尤为干净、清晰。

第三，百万高清一体机机芯大多采用CMOS传感器，其图像扫描模式为逐行扫描，每一帧图像均由电子束顺序一行接着一行连续扫描而成。而快门方式为先扫描方式，数据传输更快更便捷（如图1）。

图1 CMOS芯片的线扫描快门

而传统模拟摄像机的传感器为CCD，扫描模式则采用隔行扫描，隔行扫描的行扫描频率为逐行扫描时的一半，隔行扫描由于其工作原理所以在应用中拥有诸多缺点，例如产生行间闪烁效应、出现并行现象或出现垂直边沿锯齿化现象等不良效应。此外其快门方式为全局曝光，即一次性曝光画面内全部像素，再一次性输出，因此对于内存要求较高，且数据传输效率不高（如图2）。

图2 CCD芯片的全局快门

正因为快门及扫描方式的不同，CCD有本身导致的固有问题一直无法彻底解决，其中之一是smear现象，即漏光现象（如图3）。它是由于存储区域溢出而导致的。

图3 CCD芯片的SMEAR现象

图4 CCD CMYG序列

图5 CMOS RGB序列

第四，百万高清一体机机芯的色彩还原比模拟产品更加真实。从根本上来说，是因为百万高清一体机机芯采用的CMOS为原色序列RGB。而模拟产品采用的多为补色CCD，像素序列为CMYG。参见图4及图5.从图中可以看出，同样的像素单位中，RGB序列的绿色成分更多，而色彩还原中绿色占很大成分。加上本身RGB直接原色输出，而CMYG需要计算来得到原色，色彩还原的效果自然也有折扣。

并且在后续信号处理过程中，模拟视频信号中的亮度信号与色度信号由于占用了相同的频带，在由ISP做信号分离时，很难将色度与亮度信号彻底分离，导致画面出现杂色斑点与色渗透现象。而数字高清摄像机则没有这个烦恼，全部独立输出，因此色彩更加的逼真、更加富有层次感、画面饱和度更佳。第五，传统模拟一体机，输出模拟信号，通常布线中要考虑控制控制线，视频线，电源线均需独立布线。而百万高清一体机芯，无论用来做HDSDI输出，还是网络输出，均可以减少布线，对于工程来说更加方便。

第五，传统模拟一体机机芯输出模拟信号，在模拟信号的基础上不易再进行其他操作，发展空间不大。而百万高清一体机机芯采用数字信号输出，可以在后端再进行处理，实现网络化传输，可与其他产品联动，也可采用基于服务器的视频分析，以此创建更加智能的系统和改善整体安全性能，同时简化操作。有了百万像素一体机，智能化系统可以做的更好，与传统模拟一体机相比，更加清晰的图像可以使视频分析获得更高的准确度。

结束语

在产品日新月异的今天，各种配套的综合硬件得到了不断的改善和升级，软件也得到了长足的发展，用户对于百万高清的认识也不断深入，可以说数字百万高清一体机机芯大展拳脚的时机已经成熟。从目前数字百万高清产品的各项功能和参数来说，产品已经基本成熟，市场上对于高清的长期需求将得到切实的满足。可以预见，未来在安防行业内将刮起一股强劲的数字百万高清一体机机芯飓风。

作者单位：上海乐金广电电子有限公司