一机一视界 一体化摄像机在高清中跨越

　　
　　高清，已真真实实出现在中国安防行业，理想照进了现实。高清时代来临，我们需要备战些什么？本期CPS中安网产品专题将视角聚焦监控一体摄像机产品，特邀杭州海康威视数字技术股份有限公司产品经理童振华、深圳市明日实业有限公司总经理杨祖栋、天津天地伟业数码科技有限公司模拟前端产品经理王亮、深圳中兴力维技术有限公司硬件工程师林铁楠、深圳市保千里有限公司市场经理陈杨辉、金三立视频科技（深圳）有限公司产品经理康威、深圳市翔飞科技有限公司工程部主管杨光胜、广东高新兴通信股份有限公司高凯视硬件工程师罗中亮这些行业知名企业技术精英，了解其产品架构、技术特点以及探求在高清时代，其如何突破，实现跨越。

　　竞争点在哪？

　　金三立康威说，对于一体化摄像机，一直以来有几种不同的理解，譬如：一体化半球摄像机、一体化球型摄像机、一体化云台摄像机、镜头内嵌型一体机。

　　有指半球型一体机、快速球型一体机、结合云台的一体化摄像机和镜头内建的一体机。严格来说，快速球型摄像机、半球型摄像机与一般的一体机不是一个概念，但所用摄像机技术是一样的，因而一般也会将其归为一体化范畴。现在通常所说的一体化摄像机应专指镜头内建、可自动聚焦的一体化摄像机，也是本专题所要详细呈述的一类产品。一体化摄像机既然集众多高端功能与一体，那么，如何辨识一体化摄像机优劣属性。

　　其实，一体化摄像机的关键技术是镜头、CCD和DSP处理模块。镜头主要被日本厂商所掌握，如Canon、Camputar、Avenir等，在一体机领域提供OEM最多的是Canon镜头。从CCD（为摄像机优劣的关键元素）看，供应商以Sony为主，Sony产CCD又以民用为主流，Sony CCD分为Super HAD和Exview两种类型，其中Exview是最新技术，普遍采用1/4寸尺寸，性噪比高于Super HAD；Panasonic和Samsung各自用自己的CCD生产一体机；其他柯达、富士主要开发专业用的CCD。在DSP处理芯片上，不同厂家各有特色，如Sony的DSP芯片在色彩还原度方面比较优秀，而Canon、Nikon的DSP在捕光模式和对焦上比较好。谈到摄像机就会谈到画质这个第一要素，对于一体化摄像机来说也不例外。如今，市场上主流机型的图像分辨率都达到了520线，一体化机的分辨率有着向540线或者更高清晰度前进的强劲态势。不过摄像机与监视器的分辨率不能相差太远，否则一味追求高分辨率的摄像机而忽略了对监视器的选择，会造成设备浪费。就目前的实际应用而言，480线至520线的分辨率就是最实用的了。目前国内品牌一体化摄像机大多是采用进口机芯，因此在图像和画质上与国外产品基本没什么差别，所以，衡量一体化摄像机的优劣，还是从以下介绍中总结竞争点在哪？

　　明日实业杨祖栋在采访中回答记者说，他认为衡量一体机机芯的主要指标有：像素、降噪、曝光、色彩还原度、低照度、聚焦性能、光学倍率。举其中几点说明，像素由传感器和镜头决定，一般普通一体化摄像机采用的CCD及DSP方案的不同，主要有480/520/540TV线等多种。SonyCCD是常用的类型，Exview性噪比高于SuperHAD；通常，一体化摄像机最低照度由CCD的灵敏度决定的。目前，采用1/4“彩色CCD可达到0.1Lux级别的照度，为达到更低照度，一般采用帧积累模式。另外，采用红外阵列补光模组，也可达到更低照度，但这会使画面失真程度较大，而使用自动滤光片切换能提高晚上图像效果；光学变焦倍率是衡量一体化摄像机空间成像范围的重要指标。光学变焦倍率跟变焦镜头相关，目前一般有10X/18X/22X/27X/36X等倍率，如果加上电子放大功能，则可对约500米范围内的目标进行有效监控；当前，限制国内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。一些厂商为了避开这个障碍，只能在后端的电机控制部分、产品外壳上下功夫，加上一些OSD菜单开发，用来设置摄像机的各种参数。更有图省事的厂商，直接采用进口机芯做二次开发，图像画质上与国外产品无多大差别，AF效果却无可比性。金三立康威认为衡量一款一体化云台摄像机的优劣，可以从摄像机稳定性、图像效果、变倍效果、日夜切换效果、红外对接、环境适应能力等多个方面进行评判。翔飞杨光胜补充以上观点，他认为除以上厂家所说之外，还可以在低照度时聚焦的精确度，变倍速度，协议兼容性等方面考衡。中兴力维林铁楠说，衡量一体化摄像机图像方面的技术指标与传统摄像机基本一样，包括传感器类型、清晰度、低照度、信噪比、色彩还原、白平衡、动态范围等等。除此之外，光学变焦倍数、自动聚焦速度、自动聚焦准确性、跟焦、变焦平滑度等也是衡量一体机的重要指标。

　　高清时代的“新宠儿”

　　一体化摄像机多用于政府项目、高档次高层大楼以及商场、学校、酒店、宾馆大堂等，另外还有专门适合医院手术室等对环境要求较高场所的防尘型以及低温、电机无火花的防爆型产品。经过数十年的发展，一体化摄像机打破了国外产品（Sony、HITACHI、Samsung、Panasonic、LG、CNB）独霸市场的局面，越来越低的价格吸引了行业厂家的目光，除以上参与本专题企业之外，浙江大华、艾普视达、万家安、奥尼克斯以及神州数码等企业掌握了高清一体化摄像机核心技术。现在，随着IP高清技术发展，一体化摄像机以传统摄像机无法比拟的独特性成为监控的新宠。天地伟业王亮认为目前高清的一体机业内还比较少，价格也很高，但高清夜视一体机的发展趋势，同时一体化摄像机的智能分析功能会越来越多，如越线报警、移动侦测等；所以，网络化、高清化、智能化也是一体机的发展方向，而且，从性价比及实用性来说，一体机正在替代传统摄像机，成为监控系统的新宠，市场的均衡正在被慢慢打破，一体机的市场份额将越来越大，应用将越来越广。

　　 就目前而言，安防监控领域应用的高清网络摄像机主要包括枪式摄像机、一体化摄像机、半球摄像机和高速球摄像机等类型产品。而据调查统计，目前高清摄像机产品中，由于高清一体化摄像机等机型研发技术尚未普及，枪式高清摄像机凭借自身“发家”早、技术成熟以及性价比优势占领大部分中低端市场和部分高端市场。纵然如此，其存在的诸多弊端同样不容忽视。

　　聚焦点偏移问题

　　枪式摄像机主要由机身和镜头两部分组合而成，其高性能的实现有赖于机身与镜头的完美搭配。而在监控项目中，如果用户或施工人员的专业技术不足，对摄像机与镜头搭配不合理，就会影响摄像机性能。在安防应用中，用户多采用手动调焦镜头，然而手动调焦依赖于人眼目视检测和手动调节，其效率低下、精度不尽人意；此外，枪式本易受到潮气、振动、热胀冷缩等环境因素干扰大，在使用一段时间后，极易出现摄像机聚焦点偏移造成图像模糊、不稳定、老化快等问题。

　　背焦(后焦)调节问题

　　由于摄像机图像传感器靶面不平以及不同镜头之间后焦距的区别，因此枪机背焦(后焦)调节技术，一直是固定枪型摄像机厂商需要重点研发的技术。早期的背焦调节方式主要是后焦调节圈+后焦锁定螺杆的方式，锁定螺杆在多次调节后很容易损伤调节圈的螺纹，影响后焦的稳定；另外一种方式是斜面自锁式调节机构，通常采用塑胶材料，在极端环境下也可能由于热胀冷缩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纹调焦机构，但在模具上厂商投入的成本会更多。

　　对于枪机使用一段时间后跑焦的问题，用户和厂商各有解决之道。用户(或工程商)通常只有派技术人员到现场进行处理，就网络监控而言监控前端设备分布较远，这也将大大提高监控维护成本；而少数厂商也在摄像机中加入电子后焦调整机构，但这无疑也增加了摄像机的成本。

　　夜视问题

　　无论是用户还是厂商都希望摄像机在白天和夜晚都能够带来同样优异的画质。为了实现全天候监控，除了期待高敏高感度的图像传感器，厂商不得不采用多种手段来提升低照度环境下的图像效果。例如采用日夜型红外截止双滤光片自动切换机构、彩转黑、3D数字降噪、数字宽动态图像增强等技术。然而，无论无论产品将最低照度值标至多低，夜间监视效果与白天还是有一定差距，要想获取清晰画面，还需对场景补光(白光、普通红外或激光夜视)。就枪型摄像机而言，镜头对于摄像机低照度的影响也是举足轻重，百万像素的高清网络摄像机除了应当选择相应的百万像素镜头以外，镜头的镀膜和曲光率的设计也应符合相应标准。当然，低照度环境表现优异的图像传感器、配上稳定可靠的滤光片机构、外配一款好的镜头、再加上优异的图像增强算法，这些都是一个好的枪型摄像机产品需要具备的要素，但这些都又不是低价产品所能承受之重。

　　变焦问题

　　现在市场上使用的枪机镜头很多是自动光圈手动变焦型，焦距为几毫米到几十毫米，焦距需要在安装时调整到位并锁定。所以枪机通常只能用到监控范围有限的场合，比如室内、楼道、停车场出入口等监控位置相对固定的场所。当然，枪型摄像机也可以采用电动变焦镜头，但电动镜头工艺复杂，生产成本高，所以目前市场上的电动镜头都比较昂贵。镜头生产厂商采用镜头严格选材，采用航空航天技术中常用到的合金材料，使用高精密数控机床一次性加工而成，镜头与镜头座连接部分采用锁紧环紧固等方式来提高摄像机稳定性。这种变焦镜头通常用于森林环境和防火监控、边防等特殊场合应用，普通用户实难普及。另外，由于网络延时问题，电动变焦后带来的手动控制二次聚焦问题无疑又是一大难题。

　　市场出现了技术缺口！正因为枪式摄像机在高清时代的诸多不足，一体化摄像机的优势体现才更为明显。海康威视童振华采访中说，一体化摄像机与枪型摄像机相比较，具有可以变倍和自动聚焦的特点，这对于监控一个狭长的通道是非常有用的，既可以实现整体监控又可以看清局部细节。枪型摄像机需要选配镜头并要现场安装、调试，这些繁琐的工作，一体机全部不需要，一体机只需要安装上去即可，根本不需要调试。另外，一体机体积比一般的枪型摄像机要小，安装方便并且适合安装的地点很多。网络一体机使用更是方便，只需一根网线即可实现供电、视频输出和控制。保千里陈杨辉在此话题上的观点是一体化摄像机与枪机或者普通机型对比，主要表现在自动聚焦上面，图像画面可随时保持清晰。自动聚焦通过摄像机自动聚焦算法检测图像主物面的位置，并根据其在摄像机图像传感器上的聚焦情况自动调整镜头的聚焦马达，这样往复多闪，即可实现变焦控制全程自动聚焦，图像在变焦过程中随时保持清晰画面。自动对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，快速的聚焦显得尤其重要。日夜自动转换技术让安防监控变的更加智能化，全天24小时连续监控。一体化摄像机集成了双滤光片切换机构，由于镜头固定，因此无需考虑后焦可调节的机构，集成度高，稳定可靠。另外保千里一体化摄像机超宽白平衡、超宽动态、数字降噪、低照度这些特点，即使在夜间，监控图像依然良好。另外，高清网络一体化摄像机将视频、云台控制、报警和供电等都向网络化集成，具有SD卡本地录像存储、运动视频图像侦测、PoE供电、WiFi等功能，真正实现一线通；高新兴罗中亮认为，相对于普通枪机而言，枪机一般都为定焦镜头，在安装时就必须把焦距调好。但是一体机可以实现变倍，自动对焦，自对白平衡等，同时具有优秀的宽动态能力，自动的红外滤片切换功能。在其加装云台后，可以有效地进行移动观测，监控范围大大拓宽。相比于球机，在都能满足技术、环境要求的条件下，其有一定的成本优势。与以上持有相同观点的还有金三立康威，他说一体化摄像机与传统枪式摄像机相比，在安装方面较方便，其电源、视频、控制信号均有直接插口，不似传统摄像机有麻烦的连线。此外，良好的防水功能也是一体化摄像机的特色之一，一体化摄像机室外型都具有防水功能，且从制作工艺和使用寿命上来说，一体化摄像机镜头密闭好，受外界环境影响比传统摄像机要小，使用寿命更长。然而，一体机也有各种类型，且功能特点均有不同，以金三立一体化云台摄像机与其他普通“镜头内嵌型一体机”对比，前者具有更好的环境适应能力、图像表现能力、功能拓展能力等。中兴力维林铁楠就这话题还补充到，一体化摄像机相比普通枪机，更适合监控走廊等监控区域，如配合云台使用，则更加适合较广阔的监控区域。

　　未来：如何跨越

　　由于一体化摄像机很好地将镜头与机身做了完善的整合，使得一体机在体积上就有了很大的优势。不过，早期一些生产商对一体化摄像机的“暴利”预期值过高，影响了一体化摄像机的初期市场表现，目前一体化摄像机市场呈平稳增长态势，而价格在逐年降低之后已趋于合理化和理性化并回归小幅调整阶段。各生产商表示，从综合性价比及实用性来说，一体化摄像机以其独特的魅力，正在成为CCTV监控系统的新宠，以往传统枪机“市场霸主”的地位面临着来自一体化摄像机和红外夜视机的强烈冲击，一体化摄像机以其紧凑、实用、小巧的优点正在一步步打破监控应用市场的均衡性。市场竞争，不进则退。那么，一体化摄像机在未来如何突破自己，在高清监控趋势中实现跨越呢？以下是记者通过采访后的归纳总结：

　　 网络、高清、智能

　　之前诸多对比枪机的优势分析，可清晰看到了一体化摄像机广阔的发展前景。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。在高清被广泛谈及的安防领域，一体化摄像机的高清时代也已来临，只有积极迎合这种趋势，不断满足行业用户的高清监控需求，才能在安防这条道路上越走越宽，开辟出属于自己的一片天地。IP摄像机在诸多领域的应用，为一体化摄像机的IP化道路指明了方向，无人实时监控的模式会全面涉及各个行业，届时IP一体化摄像机的独特优势将会发挥得淋漓尽致。不仅如此，如隐私区域遮蔽、图像翻滚、移动侦测等智能功能的嵌入，使其实用性更强，应用领域更广。

　　高兴新罗中亮说，高清时代的到来，使得一体机必须看得更清，看得更远。这样就需要一体机在下面几个方面都要作出改变。

　　镜头：必须采用高清，低照度镜头。

　　成像技术：对采集到的信号进行更高质量的数字图像处理。

　　机械结构：必须具备更精密更复杂的机械控制能力。

　　网络技术的发展使得一体机拥有更高带宽的双向传输能力，使得一体机不仅仅完成图像采集的功能，还为其具备更高级别的，更复杂的功能提供了可能。随着图像智能分析技术的发展，处理器能力的大大提高，智能分析技术由后端移向前端这一趋势将不可避免，这样就可以克服由于网络带宽问题导致图像需要压缩后，再传输到后端进行智能分析，影响准确性的弱点。在更高清晰度的图像下，前端智能分析的结果将更为准确。当把智能分析，网络，高清图像处理三位一体集中于一身时，一体机在安防行业将发挥更重要的作用，将是安防行业的一把利器。海康威视童振华分析道，智能、高清的网络监控时代已经来临，一体机也会朝着高清、智能、IP方向发展。720P、1080P必将成为市场主流，自动变倍、智能跟踪、行为分析等更加实用的智能分析技术也会逐渐应用到一体机中。

　　拓宽行业应用

　　在安防市场迅猛发展的今天，一体化摄像机以其独特的优势向前稳步发展。相对于普通摄像机，一体化摄像机体积精巧，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。而其内在性能更具明显特点，首先是自动聚焦功能，使得图像非常清晰，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，高品质的一体化摄像机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。

　　除此之外，一体化摄像机监控范围更广，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，一体化摄像机同样有着出色表现，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。高清时代，诸如智能交通、数字城市、平安校园等领域对视频监控摄像机高清晰图像质量的要求越来越严格。以智能交通为例，部署于重要道路、十字路口、出入口等地的视频监控摄像机需要清晰记录下车辆的信息，在一定的车速下，快门时间过长，会造成图像模糊不清，难以有效识别车牌信息，快门时间过短，则会造成曝光不足，图像亮度不够，同样缺少有用的车牌信息，给实时交通监控带来了很大困扰。而高清一体化摄像机则可通过光学变焦，使图像更清晰。光学变焦是依靠光学镜头结构来实现变焦，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。据市场调研了解到，一体化摄像机变焦倍数已有从22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。可以乐观地预计，随着一体化摄像机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。

　　苦练“内功”  丰富功能

　　海康威视童振华认为一体机可扩展的功能很多，在一体机镜头前加一个广角镜，可以看的视野更广阔。一体化机芯和球机配合，可以实现智能报警；一体机还可用于教学投影、视频展台；如果在一体机功能中融入移动侦测、模式识别、行为分析等智能技术，联合外部报警，就可以实现监控抓拍与报警的联动。明日实业杨祖栋也较为认同其上观点，并补充说，在会议系统上，一体机芯以它特有的性能已经广泛在应用。并且图像输出帧频已经由原有的1080P30升级为1080P60。在监控系统上一体化机芯和球机、云台上的应用很广泛；并且可实现与报警的联动；一体机用于教学录播系统、视频展台；远程医疗系统；在一体机功能中融入移动侦测、模式识别、行为分析等智能技术，联合外部报警，就可以实现监控抓拍与报警的联动。

　　此外，中兴力维林铁楠说近几年成像技术发展迅速，不断有新的Sensor推出，这些有特点的Sensor被运用在一体机上，其趋势为高感度、高像素、高帧率、宽动态等。

　　结束语

　　一花一世界，一机一视界！技术演进是产品成熟的标志，而市场是催生产品发展的基础，有应用才有需求。在高清风暴席卷的安防行业，随着精细集成电子技巧的发展，国内网络高清厂商们正迎头而上，向市场推出一系列性价比高的一体化摄像机产品。随着后续技术的日趋完善和产量的提升，一体化摄像机将不再是昂贵的代名词。它也将完成其本身的跨越，在市场上展露无穷。

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