高清误区 高清监控清晰度分析

 　　高清监控系统的误区

　　进入21世纪以来，图像技术的发展突飞猛进。在广电专业领域，高清视频制作和高清视频播放已经进入到千家万户。在美国，模拟视频信号已经停播，高清频道已经达到了几百个，全数字视频时代来临了。另外，消费电子视频技术更是发展迅速，照相机从2000年的500万象素已经发展到现在的2千万像素，即便是手机，00万像素已经是主流配置，最新的诺基亚PureView手机应用无对焦系统，像素达到了4100万像素，可以说，最新的技术在广电和消费电子已经应用到了极致。

　　视频监控技术和应用虽然总是滞后于广电系统，但是近年来也发展迅速，这体现在越来越多的高清摄像机也已成为主流选项，模拟摄像机逐渐淡出大项目采购范畴。

　　高清监控有其理论上的技术优势，从成本控制上来讲，CMOS成像器件可以采用标准的集成电路生产线，摄像机厂家都可以设计集成度更高的CMOS成像器件，从而获得更好的图像处理效果和更低的生产成本。从系统设计上来讲，1 台1080P摄像机画面场景相当于5个D1摄像机画面，安装成本会大大降低，由于覆盖面积很大，可以直接代替球机，利用电子PTZ跟踪、观察目标细节。和球机相比，高清摄像机没有传动机械部件，使用寿命长，维护成本低。

　　但是，在实际项目中，往往发现高清图像质量并没有理论上那么完美，白天目标距离稍远，成像效果就很差；尤其是晚上，高清摄像机低照度能力差、镜头不支持红外矫正、夜间成像模糊，这一切和各大厂家所宣传的相差很远。对于大型项目来说，预算高，场景覆盖面积设计合理，可以采购大品牌厂商产品，视频质量还可以控制；但是对于很多中小型项目，用户也是急于采用高清监控产品，但没有足够的预算支撑，而工程商不了解当前高清摄像技术的发展趋势，设备厂家没有充足的培训投入，工程商也没有足够的经验来有效设计监控区域，其结果是必然会发生验收质量争执，从而不仅打消了用户未来扩容更多高清摄像机的积极性，也对工程商造成了高清技术的心理误区。

　　高清监控系统画面质量的挑战

　　模拟摄像机技术应用成熟：模拟摄像机已经经过了几十年的技术发展，从 CCD成像器件制造、配套的ISP图像处理算法到镜头设计和制造都已经非常成熟，镜头已经完全可以低成本、高画质国产化，大规模矩阵国产技术成熟，DVR 硬盘录像机已经打上了中国制造的出口标签。所以，按照成像理论(CCD靶面、镜头焦距、目标距离换算关系)和实际效果相比，相差很小。对于从业人员来讲，避免采购那些采用低劣元器件生产的摄像机、矩阵和DVR硬盘录像产品，最终交付的监控系统往往都能够满足用户的需求。

　　在笔者看来，工程商直接套用模拟监控时代的技术来设计高清监控系统，必然存在一定的误区。总结起来，有以下六个方面：

　　·不同厂家高清摄像机CMOS成像质量参差不齐：进入高清时代以来，整体系统架构发生了革命性变化，首先CMOS成像器件占据了高清监控的大部分市场份额，不同CMOS厂家生产的CMOS器件在低照度、宽动态上成像质量不一，高清CCD现在只用于机器视觉或交通卡口等领域；

　　·高清镜头解析度不够。主流大厂的高清镜头的解析度只有140万象素，日本腾龙也仅是在2010年3月正式发布2款支持3百万像素的日夜镜头，这种镜头采用了非球面、超低色散镜片，这才宣告1080P高清监控(需要采用3百万像素的成像器)真正能够达到标称分辨率。而3百万像素镜头要求极高的工艺和模具精度，工艺精度稍微偏移，则导致镜头分辨率下降、图像位移，甚至镜头边缘模糊。所以国产高清3百万像素镜头尚不足以达到主流价格和性能，这导致小马拉大车，只能支持720P的100万像素的镜头搭配1080P的摄像机，这样直接导致监控效果大打折扣，从而大大降低业界对于高清监控的心理预期；

　　·ISP图像处理器性能差异：当前很多高清摄像机厂商直接采用CMOS厂商提供的ISP或者一体化CMOS(内置ISP图像处理器)，这些ISP图像处理器可以应付一般的场景，但是对于需要宽动态的场景，处理效果差，而监控系统和消费电子或者广电应用模式不同，在视频监控系统中，被监控对象无法配合摄像机的角度，所以在背光、逆光等情况下，普通的ISP图像处理器则无法提供有效的宽动态图像，从而造成可视图像质量下降；

　　·视频编码压缩算法差异：当前的网络摄像机主要有两大类，一类是直接购买外协厂家的设计，直接生产，另外一种是自己设计系统并优化视频编码算法。所以为了降低码流，各个厂家会对H.264MP编码算法进行优化，也可称为简化，与广电行业的全动感电影画面相比，安防监控只有30%的典型运动画面。但是过度的优化会导致在运动画面增大时，DSP处理性能不够，直接导致画面质量下降；

　　·VMS视频管理软件约束：标准配置的VMS视频服务器可以处理 32路1Mbps标清视频码流，如果是6Mbps高清码流，那么每台视频服务器仅能够处理5路，这必然导致VMS服务器硬件成本的提高。当然对网络也造成很大的压力，因为没有了网络，就没有录像。所以，为了降低网络和服务器压力，高清录像码流降低到4Mbps甚至2Mbps，这也导致了日后查询到的录像画面质量下降；

　　·虽然硬盘容量每年都在翻倍，但是对于高清监控来说，视频录像数据是海量的，虽然95%的视频数据可能永远没有机会被检索，但是安全的需要，有些行业需要保证2年的数据储存。到目前为止，还没有比较成熟的技术能够大幅压缩视频数据，从而降低存储空间。所以为了降低存储空间成本，降低录像码流就不可避免，那么录像回放质量就可想而知。