摄像机前端采集高清信息的四种方法

 　　　高清监控是统一的整体，涉及监控体系的多个环节，包括前端的视频采集，中间的视频传输，后端的高清存储、显示、分析、联动等。由于篇幅限制，本文仅就前端部分进行探讨如何保证高清信息的采集。

　　CMOS更适合高清时代

　　传感器作为摄像机的核心部件，决定着图像质量。被摄物体的图像经过镜头聚焦至传感器芯片上，传感器根据光的强弱进行处理，形成视频信号输出。CCD和CMOS是当前被普遍采用两种图像传感器，两者都利用感光二极管 (photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。以性能来区分，他们基本主要体现在灵敏度，噪点处理以及功耗等方面。在相同大小面积传感器的对比中，CCD的分辨率一般也要比CMOS高出不少。因此，我们在市面常见的低照度标清摄像机基本都以CCD技术作为自己的传感设备。标清时代，CCD无疑比CMOS更受青睐。

　　CCD制造工艺复杂，只掌握在少数厂家手中，导致其制造成本居高不下，CCD尺寸每增大一点，成本就呈几何数增长，因此如果监控要走高清化，CCD显然发展前景有限。而CMOS最大特点在于其成本低、功耗低。在获得相同像素数的情况下，价格更低，具有很高性价比可以不断朝更高像素、更高分辨率发展，而高清监控对成本是非常敏感的，也因此市面上大部分高清摄像机都采用CMOS。

　　要做到高清，还需要在宽动态、自动白平衡、图像的锐利度、以及数字降噪、色彩调整、光线补偿等多方面技术协作。只有在这些综合性能都能够得到很好体现，并且彼此能够相互协调情况下，才可以说是高清的真正实现。CMOS与其他图像处理技术的结合要远远超过CCD，动态范围更高，响应速度也更快，更适合高清监控的大数据量特点。此外，随着技术的发展，CMOS的灵敏度也得到极大改善，在效果上，如今一些CMOS传感器与CCD已经不相上下。

　　高清摄像机需要搭载高清镜头

　　安防的高清监控不仅对摄像机、也对专业镜头提出了高清化的需求。高清镜头对于高清监控具有重要意义。高清时代的摄像机清晰度可达到百万级别，但若所搭配的镜头与其不匹配，那就无法完全呈现出摄像机的超高分辨率效果。

　　在相同的摄像机情况下，画面最终的表现，镜头的分辨率起了决定性的作用。高清镜头优于普通镜头主要体现在三个方面：清晰度、光谱透射能力和光谱矫正能力。高清镜头能增强画面的对比度和亮度，获得高清的图像效果，对画面的细节表现更丰富。

　　那么要如何选择高清镜头呢?一般来说，在选择镜头时要根据摄像机的最高分辨率来选择相同或高于其像素的镜头产品。此外，还要根据项目特点具体分析。比如，在需要夜间拍摄的场所，为了让日夜型摄像机具有更好的拍摄效果，必须依赖于高清镜头具有更大的口径，如2/3英寸，以及更好的光圈值F，让摄像机能够获取更多的光通量，协助摄像机在夜间获得更好的拍摄效果。某些项目摄像机在使用过程中需要配合红外补光灯，那么应该使用具备IR功能的镜头，这样在夜晚也能得到更加明亮的画面，同时也降低夜晚虚焦的问题。而对于较为苛刻的环境，例如配合激光灯，对远距离目标监控，就要保证非可见光波长在900um时依然能够达到60%以上的透射率。

　　视频处理器作用不容忽视

　　要实现清晰的图像质量，除了前端镜头、传感器部分对光线的处理，影像处理部分也是摄像机中不可忽视的一环。直接从传感器中得到的图像往往效果差强人意，不论色彩还是细节都与实际图像有很大差距，难以作为事后证据。经过图像处理，包括面部检测、噪声过滤、去坏点、肤色矫正、自动白平衡、自动曝光以及边缘加强等等操作后，可以使图像变的更加细腻，更加贴近真实世界中的图像。因此采用什么样的处理器会直接影响监控的效果。

　　当前很多高清摄像机直接采用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。

　　在高清时代，处理器不仅承载了图像处理与分析、编解码压缩等大量工作，还会嵌入大量的智能分析算法，对海量高清数据进行分析，负担起更重要的作用。例如，泰科集成安防旗下的安达泰摄像机系列采用的TMS320DM368视频处理器就具有强大完善的功能，除支持更高的视频分辨率之外，客户还可获得超过40%的ARM性能提升，为高清视频处理与高级用户体验提供高级应用编程接口(API)。DM368还支持多格式高清视频，包括VC1、 MPEG2、MPEG4、MJPEG以及H.264等，最高支持每秒30帧编码的1080p标准。此外，该器件不但支持多格式解码、多速率多流以及高清多通道功能，而且还可提供音频、语音以及其它高清视频编解码器，可实现更高的灵活性与更低的设计复杂性。由于DM368实现了引脚对引脚以及软件兼容，因此可使用TITMS320DM365达芬奇视频处理器支持从D1、720p乃至高达30帧每秒的 1080p的全系列产品，从而使客户能够构建可扩展的产品线，支持各种编解码器。ISP软件实施可提供视频稳定、面部检测、噪声过滤、自动白平衡、自动曝光以及边缘增强等功能。

　　影像压缩很关键

　　鉴于目前存储设备发展现状，在大容量硬盘还是很贵的情况下，原始图像必须要压缩，以便降低存储和宽带成本。尽管压缩率越高，图像就越模糊，但如果每小时录像容量达到几个G，客户难以接受。在芯片相同的条件下，算法起到关键作用。为了达到一个均衡点，好的厂家都采用H.264算法。 H.264可以在更低的带宽下实现720p、1080p的广播级[j1]高清视频分辨率。在相同图像质量水平下，一个115秒的视频流在不同视频标准下的比特率对比。在没有运动补偿的情况下，H.264编码器的效率至少比MPEG-4编码器高3倍，比M-JPEG编码器高6倍。

　　在保持相同图像质量的情况下，与采用传统的压缩技术相比，支持H.264压缩标准的视频监控系统至少可以将存储成本和带宽占用量减少50%。

　　随着系统规模日益扩大，以及对高分辨率图像和高帧速的需求日益提高，这种高效的压缩技术将很可能以最快速度带动百万像素摄像机应用于那些需要高分辨率和高帧速的监控场所，例如机场、零售商店、银行和娱乐场所等。

　　可以说，能否在视频监控激烈竞争中取胜，在于能否紧跟高清趋势。高清前端的选择是第一步，前端的好坏直接影响到监控效果。从实际使用效果来看，拥有同样后端的监控方案，拼的就是前端采集信息的高清度。优质影像为实时监控、画面调用、细节浏览、智能分析等提供了坚实基础，大大提升系统的应用价值。

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