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低照度摄像机——借你一双慧眼看世界(2)

时间:2009-07-21 来源:中国集群通信网 作者:顾小军 点击:

DSP芯片:做好后端处理工作
    在摄像机中,好的CCD固然重要,但后端的DSP芯片(数字信号处理)也起着不可或缺的作用,其将前端CCD采集到的视频信号进行处理,转换为视频图像输出。“DSP芯片将后端的降噪处理、宽动态、低照度等功能都集成在其中。”LG电子陆景鑫表示。

    据深圳市翔飞科技有限公司常务副总经理钟金海介绍,其公司采用的是索尼生产的DSP芯片,通常索尼公司会将CCD与DSP芯片配套提供。而不少进口品牌公司也在不断地推出性能优秀的DSP芯片,如三星、LG、松下等。其中三星电子在今年最新推出的A1芯片,集宽动态、低照度等多种功能于一身,并拥有数字降噪、暗区补偿等软性功能;而松下在08年底所推出的SD5的DSP芯片,与前几代相比性能大幅提高,而色彩还原性和亮度等方面都有很大的提升,并采用自适应数字降噪技术(DNR),将2D-DNR与3D-DNR结合,在多种条件下,都可很好地降噪。据LG陆景鑫介绍,其公司目前所使用的DSP芯片是自己研发的XDI芯片,该芯片将画面帧累积处理的效果提高,使获得较好的视频画面;另外其具备的CCD电荷单增,可提高灵敏度,增强图像的视频清晰度。彩转黑低照度摄像机在夜晚光线不好的情况下其图像即转换为黑白,虽可看清图像,但图像上的噪点增多也会影响视频效果,因此不少进口品牌厂家也进行一些处理以便减少噪点,如采用帧累积技术,或添加双滤光片,以及数字降噪技术等。

1、帧累积
    帧累积又称作场累积或数字慢快门,即将电子快门速度降低。据了解,此种获得低照度下图像的方法是通过电荷单帧累积方式增加CCD在单帧图像的曝光量,从而提高摄像机对单帧图像的灵敏度。这种方式可以获得较低的照度指标,但是以降低图像的连贯程度为代价,所以选择这种摄像机时要注意尽可能不要同云台一起使用,否则会造成丢失画面的现象。而深圳市瑞信达通智能科技有限公司总经理王强表示,此种方式并无实际意义,其通过对物体或空间长时间的曝光,来实现物体的明亮化。据广州伟昊万云锋介绍,正常的快门速度应该是1/50,将其乘以2,这种方法将快门速度降低至25帧/秒,有些甚至达到9帧/秒或8帧/秒,这样就会导致图像的实时性变差,从而产生拖影。

    因此,采用此种方式的摄像机不适合于使用在运动物体速度过快或过多的场景,而在禁止红、紫外线破坏的博物馆、夜间生物活动观察、夜间军事海岸线监视等较静态场所的监视中可以使用。

2、双滤光片
    为了使得摄像机在夜间获得较好的视频效果,也有厂家采用双滤光片以提高视频亮度。根据伟昊万云锋解释,目前市场上有两种从彩转黑形式,一种是电子彩转黑,此种方式无需滤光片,仅需通过内部软件进行控制,即可实现日夜转换,但目前并未真正实现,因此机械式滤光片是较为普遍的。在白天自然光照相当好时采用全域红外光滤光片,滤除所有红外光,以确保图像质量。而到夜晚,切换到滤除某些波段红外光的滤光片,并结合能感应部分波段红外光的CCD技术,就可以达到在低照度下仍有较好的成像效果,而这时显示的图像是黑白的。但白天将滤光片关闭时,可以保证图像的聚焦,还原真实的颜色,这时显示的图像是彩色的。深圳翔飞钟金海也打比方说:“这种实际上是象在玻璃上贴了一层防紫外线膜,晚上时将窗户推开直接接受光,这样可提高CCD对光线的识别能力。”

    笔者在采访中了解到,此种方法在不少厂家都已有使用,神州数码叶韶光表示:“双滤光片的寿命受两方面影响。一是传动方式,目前大部分采用齿轮传动和电磁吸附方式,其中电磁吸附方式存在磁性衰减的问题;另一方面是日夜转换设定值和红外配合的问题,若日夜转换值设定不合理,将会在临界值出现频繁日夜转换的现象。同样,在配合红外灯时也存在这个问题,这将对切换寿命产生极大地影响。“因此伟昊万云锋对此表示担忧:“若两个滤光片来回切换,时间久了性能就会降低,因此若摄像机内部制造工艺不可靠的话,就有可能切换不了,因此个人认为这种方法还需要认真考量,而用户也不必过度相信这种功能。”

3、数字降噪 
    除以上两种提高清晰度方法外,不少进口品牌也在采用高性能的CCD基础上,研发数字降噪的方法来尽量降低噪点。

    如伟昊万云锋介绍,三星所采用的数字降噪技术(DNR),是通过数字处理等方式,将视频图像上的噪点去除,这样通过有效的数字方式处理,将噪声维持在一个较低的水平。据介绍,三星电子是在DSP芯片中直接进行了一些运算,由于视频的噪声值与电平值是相互影响的,电平值升高,噪声值也会相应升高,因此采用DNR技术来抑制电平值的升高,使得噪点降低。但其同时表示,如果在使用中将降噪操作降的过低,运动过快的物体会出现拖影的现象,解决这个问题可以采用提高光照度或牺牲清晰度的方法,因此建议如在运动物体不是很多的场景中,或对实时性要求不是很高的应用中,可以将DNR调到中档或低档的位置,但这主要是看用户的需求。

    除三星电子外,松下、LG等都已经进行了数字降噪技术的研发,并已在本公司的产品予以采用。但瑞信达通王强表示,数字降噪实际上是在信号进入之后重新对噪点进行计算,再做信号的输出,降低噪点在显示端得到了画面效果,但此时并不是将噪点真正降低,而是将噪点柔和,使其显示效果更舒服,主体更清晰。此种技术已有越来越多的大厂家开始研究,对CCD周边,特别是整个电路的设计和降噪的算法都已做了很多的探索,这些也将推动摄像机低照度技术的发展。索尼秦杰也表示,目前虽性能优良的DSP芯片可对CCD进行补充,但不可否认光学上的改进还是比电子技术的改进更加有效果。

4、其它技术
    虽采用电子技术可以降低噪点,但是不少工程商或厂商还是建议,如果在有条件情况下,还是可以采用辅助光源来提高环境的照度,如红外灯或其它光照灯。“但在边远山区的加油站或边防等,或不允许安装灯光的区域,还是不太方便的。”松下电器(中国)有限公司产品经理陈永认为。

    神州数码叶韶光表示,目前也有不少用户在环境不好的情况下,配备红外灯,这样可以满足摄像机对照度的要求。而其公司的摄像机内部配备的低照度电路,可有效去除噪点,将信噪比值提升2-6dB。但是由于红外灯在晚间会太亮,摄像机在夜间就会误认为是白天,而不断地进行转换,图像不够稳定,因此神州数码针对此所研发的红外侦测锁定功能,可通过改变摄像机判断低照度的依据,来侦测红外线是否存在而进行转换,若侦测到红外光,则转变为黑白,且这个功能仅需在OSD菜单中即可设定,并不需要外部的单独连线。
(中国集群通信网 | 责任编辑:陈晓亮)

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