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低照度摄像机的技术突破点

[作者]本站编辑   [发表时间] 2014/12/24 11:17:00    

  低照度摄像机在平安城市、交通卡口等领域都有着广泛的应用,但是受限于现有的成像技术,低照度摄像机在面对一些复杂暗光环境下还是显得有些力不从心,低照度摄像机如果想摆脱这些尴尬的处境,还应该从一下几个方面入手,寻求技术突破点。

  镜头

  作为摄像机的重要组成部分,镜头在低照度摄像机的低照性能上有相当重要的影响。镜头采集了为摄像机的Sensor聚焦被摄物体的所需光线,使景物正常成像。镜头可摄取进来光线的多寡直接决定了CCD Sensor或CMOS Sensor成像的清晰度。因此在镜头上衡量摄取光线多少的条件,我们称之为进光量F值,镜头的进光量用F值(光圈)来表示,即F值=f(焦点距离)/D(镜头的有效口径),它与口径成反比,与焦点距离成正比。在焦距相同的条件下,镜头口径越大,F值越小,镜头进光量就越大。常见镜头的F值多为1.2或1.4,当然目前也有大到F1.0的镜头,但毕竟是少数。因此为了使得低照度摄像机获得优越的低照效果,搭配适合的F值镜头就成了首要的关键因素。

  Sensor的感光性能

  目前低照度摄像机常用的CCD/CMOS主要供货商有索尼、松下、APTINA、Omnovision和 LG等。在这些供货商中,索尼的CCD感亮度相对较好,常用的索尼CCD低照度技术为Super HAD CCD,1983年索尼开发出的有超感亮度Exview CCD,Exview CCD的感光敏感度通常为Super HAD CCD的5倍之多。

  另外,CCD/CMOS组件的尺寸大小也对感亮度有着很大的影响,尺寸越大,其感亮度越好。为了使低照度摄像机有更低的照度要求指标,通常厂商会采用1/1.8或者1/2英寸的CCD/CMOS Sensor。在组件厂商的规格表中的数据显示1/3英寸的CCD的感光量大约只有1/2英寸CCD感光量的56%,而1/4英寸CCD的感光量更是只有1/3英寸CCD感光量的44%。这印证了感光组件大小也是影响摄像机低照效果的关键因素之一。

  ISP的降噪能力

  在低照环境中,图像的信息很小,图像的信噪比比较小,有时图像中噪点很大,图像信息会被淹没在噪声之中。此时摄像机的降噪能力就非常重要。降噪一般可以分成2D降噪和3D降噪。2D降噪利用空域信息对噪声进行空域平滑,2D降噪在噪声较小时可以起到很明显的效果,但噪声较大时就无能为力了。3D降噪在利用空域信息的同时还会用到时域信息,也就是相邻帧的信息,对噪声信息进行去除。但普通的3D降噪在去除噪声的同时也会产生噪声运动目标的拖影,对视觉感受造成很大程度的影响。随着技术的发展,3D降噪也引进了运动补偿技术。在2013年十月深圳安防展上,TI推出的最新达芬奇视频处理器DM388再度以其杰出的低照性能震动业界。DM388采用了TI第四代高级运动补偿低照技术,十分高效地去除了图像中的噪点,可在同类竞争解决方案所需照明一半的情况下获得清晰影像,非常适合在有各种运动的极低光线环境中应用。

  红外彩色图像重建

  在低照环境中,可见光很少,但还存在一些红外光,如果能够利用红外光信息重建彩色图像,这个也可以大大增加摄像机的进光量,大大提高摄像机的最低照度性能。因为引进了红外光,普通摄像机上的白平衡处理算法和色彩校正都不再使用,整个ISP都需要重新改写,难度很大。同时由于可见光信息的缺失,在重建物体的色彩时需要准确找到不同色彩物体对红外光的反馈特性。因为存在这些困难目前这个方法还在试验阶段。

  对低照度摄像机而言,改善摄像机的最低照度和图像质量是厂商努力的目标,监控环境一直在改变,对摄像机的低照度性能形成挑战,因此低照度摄像机在性能上的提升绝非就此止步,而是需要不断进步以满足在复杂环境下人们对清晰监控的应用需求。

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