全景可辨全時可用在立體化社會治安防控體系中的應用

立體化社會治安防控體系

　　隨著依法治國戰略的全面推進和平安中國建設的積極深入，2015年，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《關于加強社會治安防控體系建設的意見》。意見從加強社會治安防控網建設、提高社會治安防控體系建設科技水平、完善社會治安防控運行機制、運用法治思維和法治方式推進社會治安防控體系建設、建立健全社會治安防控體系建設工作格局等五大方面提出了具體措施。其后，國家發展改革委、中央綜治辦、公安部等9部委發布《關于加強公共安全視頻監控建設聯網應用工作的若干意見》，公安部發布《關于進一步加強公安機關視頻圖像信息應用的意見》，文件要求著力提高動態化、信息化條件下駕馭社會治安局勢能力，以確保公共安全、提升人民群眾安全感和滿意度為目標，以突出治安問題為導向，以體制機制創新為動力，以信息化為引領，以基礎建設為支撐，堅持系統治理、依法治理、綜合治理、源頭治理，健全點線面結合、網上網下結合、人防物防技防結合、打防管控結合的立體化社會治安防控體系。

　　在加強社會治安防控網建設方面，明確要求加強社會面、重點行業、鄉鎮(街道)和村(社區)、機關企事業單位、信息網絡防控網建設。在完善社會治安防控運行機制方面，要求健全社會治安形勢分析研判機制、實戰指揮機制、部門聯動機制、區域協作機制，增強打擊違法犯罪、加強社會治安防控工作合力。同時，還要加強信息資源互通共享和深度應用，加快公共安全視頻監控系統建設，提高社會治安防控體系建設科技水平。

公安實戰應用系統建設趨勢

　　公安實戰應用系統是依托公共安全視頻監控聯網系統和安防創新科技能力，深化公安信息化建設和應用，構建的打、防、管、控一體化、網上網下一體化的立體化安防系統。根據治安、警務、指揮、決策、刑偵、反恐、應急等公安實戰業務管理應用需求，為公安各部門、各警種提供快速、高效、準確的智能檢索、分析、比對、關聯、數據挖掘等智能化實戰服務，全面提升公安信息化應用水平和各部門協同防控能力。

　　自2004年開展平安城市建設以來，經過10余年的總結探索，公共安全視頻監控聯網系統已經初步形成了從頂層設計到精準規劃的建設思路和建設方案，體現出“全域覆蓋、全網共享、全景分辨、全時可用”的建設目標。

　　首先，通過采集城市各級道路、橋梁、社區、村莊和學校、醫院、銀行、機場、車站、港口、廣場等重點單位要害部位的分布現狀及原有視頻監控網建設情況等基礎數據，制定視頻監控點位的設置規范，規劃出監控點位的建設規模、數量和具**置。未來目標是建成“道路交叉口全斷面監控、城區道路接力監控”和“重點單位、要害部位視頻監控無盲區，住宅小區出入口和人員密集區域視頻監控無死角，普通企事業單位視頻監控基本全覆蓋”的視頻監控網。

　　其次，根據城市區域特點和發展規劃，建設“圈、塊、格、線、點”布局的視頻監控網布局——以環城路網為區隔的多級防控“圈”，以行政區劃為邊界可明確管控責任的“塊”，以塊內主管盧和次干路為網脈絡的封閉式棋盤網“格”，通過路口路段監控點位可掌握人車動態的軌跡“線”，以及城市防控的關鍵“點”，達到區域全面監控、時空無縫對接、目標全程追蹤的防控目標。

　　再次，各部門信息資源共享，實現視頻監控一張網。通過視頻監控網絡提供的大數據，圍繞“人、車、物、事、組織”治安防范五要素，經過深度開發和應用，建立視頻圖像資源庫、智能化圖像分析組件庫和大數據分析檢索引擎，依托公共安全視頻監控聯網系統和公安實戰應用系統，不僅為打擊犯罪、維穩處突提供有力技術支持，在城市管理、服務民生、搶險急救等方面也發揮著更加重要的作用。

　　最后，提高圖像采集的技術水平，不但通過提升高分辨率攝像機的建設比例獲取更大場景視野，還要解決夜間低照度下視頻監控的成像難題，改善暗處圖像看不清以及紅外線下黑白圖像損失細節信息的問題，此外，通過運維系統保證視頻監控點位的日常完好率，實現全景分辨和全時可用的目標。

全景分辨全時可用的作用價值

　　公共安全視頻監控聯網系統和公安實戰應用系統建成后，可充分整合政府和社會面的圖像資源，可實時掌握現場情況，對各類現場“事前預警”，提前發現異常情況，提高事前發現的能力;二是便于及時獲取各類信息，提高快速反應能力，及時調整部署警力把握防控的主動權，并在處置突發事件中，可向現場人員發布命令，實施扁平化指揮;三是通過圖像結構化信息，搜集各類線索，通過大數據分析進行綜合研判，為案件偵破和事后分析提供翔實證據。

　　但是圖像作為公安治安防范和案件偵破的重要依據，長期以來都難以回避夜間視頻質量差，看不清暗處的問題。雖然200萬像素高清攝像機的普及和紅外燈技術的成熟，使得夜間成像能力有所提升，但低照度時噪點大和黑白圖像的效果使得圖像線索中缺少顏色和細節信息。

　　于是，低照度作為高清攝像機的一項重要性能指標逐漸得到關注。低照度性能卓越的高清攝像機可以滿足弱光下的清晰彩色圖像，在全黑環境或者照度極低的情況下也可提供清晰的黑白圖像。隨著低照度技術的發展進步，2012年開始，一線安防廠商開始重視星光級超低照度的攝像機產品的研發，在光照正常的環境下，星光級攝像機能夠保持亮麗、正常成像效果;而當光線變暗，如晝夜轉換時，星光級攝像機畫面保持彩色、流暢和清晰無拖尾的低照度成像。星光級攝像機的出現，徹底解決了夜間監控的光線昏暗不清圖像或是紅外燈下黑白圖像的問題。隨著全景分辨全時可用在立體化社會治安防控體系的要求，星光級攝像機以及新一代的超星光攝像機逐漸成為平安城市系統中的主要組成部分。星光級攝像機針對不同的應用場景實現了專業化和系列化，以天地偉業的星光級產品為例，包括星光槍機、星光球機、星光激光夜視儀等不同品類，星光槍機主要用于道路定點監控，針對全景和大場景，星光球機主要用于動點監控，針對特寫和長距離監控，激光夜視儀主要用于城市制高點、邊防、海防等領域，兼顧大場景和小細節。

低照度攝像機現狀

　　攝像機由鏡頭、傳感器、濾光片、DSP信號處理電路等組成。在星光級攝像機問世之前，低照度攝像機內部選用具有高感光度特征的圖像傳感器芯片;通過雙濾光片切換機構和彩轉黑方式實現日夜型圖像功能;在圖像編碼過程中采用圖像降噪增強技術，外部通過紅外燈、白光燈或激光等進行環境補光。攝像機廠商通過一種或多種技術組合的方式提升低照度下的圖像效果，通常有三種方式：

　　1、日夜型和彩轉黑，采用雙濾光片切換機構。在白天和光線充足條件下，使用紅外截止濾光片，修正白天偏色問題，確保清晰高品質的彩色圖像。在夜間或光照低情況下，切換為另一片全透光譜濾光片，傳感器變到黑白狀態，提升夜晚亮度，捕捉明亮高對比度的黑白圖像。該方式應用比較普遍。

　　2、低速快門(慢快門/幀累積)，連續將幾個因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，成為一個圖像清晰的畫面。由于開啟該功能之后，雖然可以獲得較清晰的圖像，但動態畫面會有非常嚴重的拖尾，因此這類攝像機適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館、夜間生物活動觀察、夜間軍事海岸線監視等靜態場景的監視，但不適合城市道路等動態監控。

　　3、超感光度，通過提升攝像機圖像傳感器的感光度，結合DSP圖像效果處理，實現極低照度下的清晰彩色圖像。由于圖像傳感器進步較快，DSP圖像增強技術也逐步突破，從而保證高清攝像機不僅白天畫質好，夜間也能看清楚。例如天地偉業推出的星光級和超星光系列攝像機可在極低照度下可以看到動態彩色圖像。

星光級攝像機技術

　　經過長期實驗和探索，要達到星光級低照度，需要從高清鏡頭、低照度感光器件等硬件入手，同時優化ISP圖像處理性能，通過軟硬件相結合從而獲得更高畫質的夜間效果。

　　高清鏡頭

　　鏡頭可攝取光線的多少直接決定了成像的清晰度。用進光量衡量鏡頭攝取光線的多少，用F值(光圈)表示。焦距相同的條件下，鏡頭口徑越大，F值越小，鏡頭進光量就越大。常見大光圈鏡頭F值為1.2。

　　感光器件

　　攝像機常用的感光器件分為CCD和CMOS，隨著高清的普及，CMOS技術得到較大發展，特別是低照效果有了質的提升，比傳統CMOS提升一倍以上，已經與CCD傳感器接近，集成度更高，功能更加豐富、性價比更高。大靶面的感光器件感光度越好。

　　普通模擬攝像機大約為30萬像素，而高清攝像機則至少是200萬像素，像素點是模擬攝像機的8倍，這樣一來，每一個像素的感光面積只有模擬攝像機的1/8，傳感器必須采用新技術，才能保證夜間的高清畫質。例如STARVIS系列傳感器，采用背照式像素技術，具有每1µm2 2000mV或以上的感光度，能夠高效獲取近紅外光，在夜間也能清晰拍攝。

　　圖像DSP處理

　　低照度攝像機不僅依賴硬件，圖像處理算法也起到非常突出的作用，比如彩轉黑技術、幀累積技術、降噪技術等都可以提升高清低照度的效果。這是由于高清網絡攝像機在低照度下的圖像噪點會比光線較好時增加很多，因此，各種數字圖像降噪算法就有了用武之地，比如，處理靜態畫面時使用三維濾波，而動態時則使用二維濾波。兩種降噪算法結合使用，可以保留重要的細節，使圖像更加平滑，并可以盡量減少運動物體形成的拖影，同時極大的改善視頻的閃爍感。

　　同樣的傳感器和鏡頭，相同的硬件平臺，各廠家攝像機的低照效果卻差異較大，這是因為降噪處理和伽馬曲線調整就是很重要的圖像處理手段。噪點會使圖像顯得不清晰，但降噪不當又會造成嚴重的霧感和拖影，丟失細節。伽馬曲線數值設置過高會讓畫面的對比度增加，畫面變暗，畫質通透，但是會丟失細節;設置過低又會使圖像變亮，細節會增加，但是畫質通透度變差。ISP圖像處理算法體現了廠家自身的研發能力。

如何甄別星光級攝像機

　　目前市面上很多廠家都宣稱有低照度星光攝像機，如何正確識別?我們通常用照度(Lux)作為衡量攝像機在低照度環境下的圖像細節還原能力。真正意義的高清星光應為在0.002Lux的環境光線照度下能還原出彩色無拖尾的流暢圖像。即借助環境光可以在黑夜看見目標，如果環境光線不足，會切換為紅外燈補光黑白圖像。

　　如何測量網絡攝像機產品的低照度性能呢?不同的廠家有不同的方法，僅憑攝像機的數字指標并不能真正反映出實際性能。一般可以從亮度、黑電平、信噪比、分辨率四個指標進行評價，測量數值最高的一個則被定義為最低工作照度要求。但對攝像機的4個參數分別測量時，很難通過調整增益水平和圖像處理方法來對攝像機的整體性能進行補償，例如提高增益水平可能會提高圖像亮度，但同樣會增加畫面噪點數量，造成較低的信噪比。因此系統的整體測量結果能夠真實反映出攝像機低照水平，這對于測試環境設備和方法提出了較高要求。

　　以天地偉業2016年竣工的國家級視頻監控實驗室(國家地方聯合工程實驗室)為例，可以進行各種復雜環境下的動態視頻測試：

　　專業測試卡片：灰階卡、銳化測試卡、色彩還原測試卡、噪聲測試卡、噪點Log對數反差卡。

　　專業測試儀器：星光級低照度測試儀、透射燈箱、以及多元化實景。

　　低照測試環境：星光級低照度測試儀，最低照度可達0.0001lux，可以模擬從太陽落山到漆黑的郊外午夜，滿足星光級及微星光的測試要求。

　　專業色溫模擬系統：多色溫反射光源系統，可以模擬8種單色溫和4萬多種混合色溫。針對視頻畫面中經常出現的場景，例如高反光，多色彩，細節較多的場景進行模擬，保證攝像機在各種環境下使用，視頻可視效果都能達到最優。

　　專業測試系統：使用Imatest系統進行圖像質量分析，用萬分位照度儀進行照度數據監測。

超星光攝像機技術

　　天地偉業星光產品推出后，迅速占領了低照度攝像機市場贏得用戶認可和行業技術趨勢的調整，2016年低照效果再次升級，推出超星光系列產品，最低照度達到0.0008Lux，不再需要紅外補光，真正實現24小時全彩監控。

　　首先，超星光攝像機采用了極限光圈超星光鏡頭，獨有光路設計，F1.2超大光圈，超低色散，多層鍍膜，捕捉環境光的能力到達極致。

　　其次，超星光攝像機搭載TVP超視覺技術，通過ISP圖像處理算法軟件的效果調優，從4個方面提升視頻效果：一、通過時域、空域高精度雙邊濾波降噪，達到更高信噪比;二、寬色域白平衡技術，使色彩準確度提升30%;三、灰度分布自適應曲線圖像增強技術，使視頻可視化效果提升38%;四、自適應銳化技術，達到更高的圖像銳度。

　　最后，超星光攝像機采用超低照度的傳感器，超大靶面尺寸，對低照效果處理能力更強，彩色最低照度達到0.0008Lux。

展望

　　任何低照度攝像機都需要有一定的光線才可使用，沒有任何光線的0LUX(沒有可見光)攝像機是沒有的，這種情況需要用紅外燈補光。星光級和超星光攝像機的突破，使得高清視頻監控系統可以滿足弱光和低照等特殊場合等多種環境應用，滿足了立體化社會防控體系中關于全景可辨全時可用的要求，也使得公共安全視頻監控聯網系統和公安實戰應用系統在增強防范打擊犯罪的同時，與其他部門例如交通、安監、城管、水務、園林、環保等政府職能部門資源共享，實現跨區域、跨部門公共視頻圖像信息的常態化和一體化應用，打破了原來的“信息孤島”，避免了資源浪費，進一步提高服務社會的管理水平。