突破槍機困惑 展露一體化監控攝像機新生

槍型攝像機帶來的一些思考

　　隨著視頻圖像處理技術和網絡技術的不斷成熟，以及IT相關產業的推動，IP高清監控依靠自身高清畫質優勢，逐步占據安防高端市場主導地位。尤其在平安城市建設、城市道路監控、大型場館、金融銀行換代改造以及港口、機場、電力等行業(領域)獲得高度認可。而在高清網絡監控系統中，攝像機扮演著重要角色，也是安防廠商投入重金研發的產品之一。

　　就目前而言，安防監控領域應用的高清網絡攝像機主要包括槍式攝像機、一體化攝像機、半球攝像機和高速球攝像機等類型產品。而據調查統計，目前高清攝像機產品中，由于高清一體化攝像機等機型研發技術尚未普及，槍式高清攝像機憑借自身“發家”早、技術成熟以及性價比優勢占領大部分中低端市場和部分高端市場。縱然如此，其存在的諸多弊端同樣不容忽視。

　　槍型攝像機帶來的一些思考

　　聚焦點偏移問題

　　槍式攝像機主要由機身和鏡頭兩部分組合而成，其高性能的實現有賴于機身與鏡頭的完美搭配。而在監控項目中，如果用戶或施工人員的專業技術不足，對攝像機與鏡頭搭配不合理，就會影響攝像機性能。在安防應用中，用戶多采用手動調焦鏡頭，然而手動調焦依賴于人眼目視檢測和手動調節，其效率低下、精度不盡人意；此外，槍式本易受到潮氣、振動、熱脹冷縮等環境因素干擾大，在使用一段時間后，極易出現攝像機聚焦點偏移造成圖像模糊、不穩定、老化快等問題。

　　背焦(后焦)調節問題

　　由于攝像機圖像傳感器靶面不平以及不同鏡頭之間后焦距的區別，因此槍機背焦(后焦)調節技術，一直是固定槍型攝像機廠商需要重點研發的技術。早期的背焦調節方式主要是后焦調節圈+后焦鎖定螺桿的方式，鎖定螺桿在多次調節后很容易損傷調節圈的螺紋，影響后焦的穩定；另外一種方式是斜面自鎖式調節機構，通常采用塑膠材料，在極端環境下也可能由于熱脹冷縮等原因造成后焦跑焦。此外，一些新的方法是采用更加精密可靠的螺紋調焦機構，但在模具上廠商投入的成本會更多。

　　對于槍機使用一段時間后跑焦的問題，用戶和廠商各有解決之道。用戶(或工程商)通常只有派技術人員到現場進行處理，就網絡監控而言監控前端設備分布較遠，這也將大大提高監控維護成本；而少數廠商也在攝像機中加入電子后焦調整機構，但這無疑也增加了攝像機的成本。

　　夜視問題

　　無論是用戶還是廠商都希望攝像機在白天和夜晚都能夠帶來同樣優異的畫質。為了實現全天候監控，除了期待高敏高感度的圖像傳感器，廠商不得不采用多種手段來提升低照度環境下的圖像效果。例如采用日夜型紅外截止雙濾光片自動切換機構、彩轉黑、3D數字降噪、數字寬動態圖像增強等技術。然而，無論無論產品將最低照度值標至多低，夜間監視效果與白天還是有一定差距，要想獲取清晰畫面，還需對場景補光(白光、普通紅外或激光夜視)。就槍型攝像機而言，鏡頭對于攝像機低照度的影響也是舉足輕重，百萬像素的高清網絡攝像機除了應當選擇相應的百萬像素鏡頭以外，鏡頭的鍍膜和曲光率的設計也應符合相應標準。當然，低照度環境表現優異的圖像傳感器、配上穩定可靠的濾光片機構、外配一款好的鏡頭、再加上優異的圖像增強算法，這些都是一個好的槍型攝像機產品需要具備的要素，但這些都又不是低價產品所能承受之重。

　　變焦問題

　　現在市場上使用的槍機鏡頭很多是自動光圈手動變焦型，焦距為幾毫米到幾十毫米，焦距需要在安裝時調整到位并鎖定。所以槍機通常只能用到監控范圍有限的場合，比如室內、樓道、停車場出入口等監控位置相對固定的場所。當然，槍型攝像機也可以采用電動變焦鏡頭，但電動鏡頭工藝復雜，生產成本高，所以目前市場上的電動鏡頭都比較昂貴。鏡頭生產廠商采用鏡頭嚴格選材，采用航空航天技術中常用到的合金材料，使用高精密數控機床一次性加工而成，鏡頭與鏡頭座連接部分采用鎖緊環緊固等方式來提高攝像機穩定性。這種變焦鏡頭通常用于森林環境和防火監控、邊防等特殊場合應用，普通用戶實難普及。另外，由于網絡延時問題，電動變焦后帶來的手動控制二次聚焦問題無疑又是一大難題。

突破困惑 一體機在展露新生

　　如何走出槍機的困惑

　　基于上述槍機無法回避的問題，鏡頭一體化的攝像機解決方案應運而生。一體化攝像機現在專指具有光學變焦和自動聚焦鏡頭內置一體化的攝像機。與槍機相比，一體機芯精密度和技術要高很多，模擬監控時代的一體機機芯均被日韓企業(如三星、日立、索尼等)所壟斷。近年來，隨著IP高清技術發展，國內少數頗具研發實力的企業已經掌握了高清一體機機芯核心技術，如艾普視達、海康威視、浙江大華、奧尼克斯以及神州數碼等。由于一體機技術精度要求較高、研發生產成本高，所以目前市場上高清網絡一體機價格偏貴。高清一體機產品多用于平安城市、道路監控、機場、廣場等場所。

　　一體化攝像機技術優勢

　　與傳統槍型攝像機相比，一體化攝像機集成度高體積小巧、美觀，安裝非常簡單。同時，高清網絡一體機可以通過網絡實現變倍、聚焦和光圈控制，一次安裝幾乎不需要到現場進行后期維護。此外，高清網絡一體化攝像機清晰度更高、監控范圍更廣，不需要另外選配高清鏡頭，綜合性價比高。

　　與槍機等普通機型相比，一體化攝像機的特色主要體現在自動聚焦上，其使圖像畫面隨時保持清晰。那么，何為自動聚焦？簡而言之，自動聚焦即是通過攝像機自動聚焦算法檢測圖像主物面的位置，并根據其在攝像機圖像傳感器上的聚焦情況自動調整鏡頭的聚焦馬達，這樣往復多次，即可實現變焦控制全程自動聚焦，圖像在變焦過程中隨時保持清晰。如此一來，傳統槍機跑焦和手動調焦維護的時代便一去不復返了。

　　變焦控制和自動聚焦技術提高了監控效率，當圖像畫面發生變化(如有物體移動或變焦控制時)需要重新聚焦，自動聚焦鏡頭可以自動執行聚焦操作，讓整個畫面始終保持焦點準確圖像清晰。比如我們控制鏡頭變焦讓畫面場景中的人物由遠及近時，自動聚焦算法會不斷分析當前畫面并發出鏡頭自動聚焦命令，使人物在畫面中始終保持焦點清晰。而如果一體化攝像機安裝在云臺上，同樣可以根據云臺的操作完成自動聚焦。自動聚焦主要技術難點是要提高聚焦的速度和精度，精度將影響后期圖像處理的結果。場景中被攝物體與拍攝的距離時刻發生變化，快速的聚焦十分必要，聚焦速度的提高，取決于聚焦評價函數的選擇。聚焦評價函數用來衡量圖像聚焦與否。基于圖像處理的自動聚焦算法中常用的聚焦評價函數的類型大致有：灰度梯度函數、信息學函數、頻域函數、統計學函數等。用微積分法對圖像進行梯度變換，將圖像的邊緣增強處理，使聚焦圖像與離焦圖像的評價函數值更加分明，提高了準確聚焦的靈敏度。該方法是目前安防一體化攝像機使用得較多的一種。

　　日夜轉換技術讓安防無“黑夜”。一體化攝像機集成了雙濾光片切換機構，由于鏡頭固定，因此無需考慮后焦可調節的機構，集成度高，更加穩定可靠。再加上攝像機本身的數字寬動態處理、3D降噪處理以及強制彩轉黑等圖像增強方式，即便在夜間，其依然可以獲得良好的圖像畫質。當然，適當的補光措施也是非常有必要的。

　　此外，高清網絡一體化攝像機將視頻、云臺控制、報警和供電等都向網絡化集成，具有SD卡本地錄像存儲、運動視頻圖像偵測、PoE供電、WiFi等功能，真正實現一線通。

　　一體化攝像機發展趨勢

　　除了在低照度、寬動態等方面具備高超表現外，一體機也在眾多特殊應用場合“施展身手”，比如與紅外云臺配合實現紅外燈的變焦同步，與高速云臺配合實現長焦限速等。此外，一體機(或機芯)與球機或云臺配合還能實現一些自動跟蹤的功能。這些都是未來攝像機發展的方向。

　　當然，有人會問：槍機會被淘汰么？筆者認為不會。如同模擬監控和網絡監控將長期并存一樣，傳統槍型攝像機和一體化攝像機也將在相當長的范圍內長期并存。傳統槍型攝像機主要用于一些特殊場合，比如需要實現超遠距離監控和透霧監控的場景，如森林防火監測，邊境、海岸線巡防等，這種專用鏡頭的倍數非常高，體積也非常大，如果這樣的鏡頭要內建，那么內建出的一體化攝像機可以稱之為“龐然大物”。但筆者認為，固定槍型攝像機終將是一體機的天下，一體化攝像機將大行其道。

　　一體化攝像機優勢是顯而易見的，它以體積小巧、自動聚焦、穩定性好、在安裝和控制方面所具有的優勢，被越來越多的客戶接受。而目前市場上高清網絡一體化攝像機(和機芯)還不是很多。隨著一體化攝像機精密集成電子技術的發展，生產成本的下降，一體化攝像機勢必甩掉“價格高昂”的帽子。而用戶對一體化攝像機的剛性需求給一體機發展帶來新的契機，敏銳的攝像機廠商已經研發生產出可以取代槍機的一體機。隨著后續技術的完善和產量的提升，高清一體機產品的價格將會越來越低，一體機的普及將銳不可擋。