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  • 客户多样化需求,监控镜头如何应变

    来源:CPS中安网??????2017-02-24 19:20:02??????点击:

    全民突击官网实名注册网址 www.pzuo.top   网络化、高清化、智能化发展是当前视频监控领域的主流,为了满足不同用户的需求,产品形态和功能更是层出不穷。与此同时,人们渐渐发现,视频监控似乎已经不再是印象中的样子了。诚然,经过近20年的高速发展,视频监控已稳步迈入成熟期,如果满足于现状并停滞不前,这在科技行业中基本意味着灭顶之灾。所以,以??低游淼钠笠挡⒉恢共接谧ㄓ眯幸抵械姆⒄?,而是以持续创新的积极态度,结合自身积累的行业经验和极快的响应速度推动现有行业发展,不断发掘出潜在的用户需求,以更多样化的产品渗入更多行业,更好地服务于各类用户。

      个性化需求,催生多样性镜头

      作为摄像机最前端的监控镜头,主要作用是通过一系列特殊排布组合的镜片,将整个监控场景中的物体发出的光线转折并成像到传感器上,其成像性能对最终呈现在客户面前的画面质量起到至关重要的作用,也是影响各类智能事件准确性的重大因素。在同一相机上更换不同规格的镜头,就可以非常明显地改变监控范围、监控距离、细节呈现能力、暗环境的画面亮度、色彩还原性等。

      面对用户多样化需求,一方面,从监控系统方案提供者的角度观察,他们除了按需调整相机方案之外,所搭配的监控镜头也可能要进行定制化开发??⑶氨匦朊赋宰加没枨?,并提炼对应的镜头参数指标。比较明确的是,对于绝大多数用户而言,首要需求自然是看得越清晰越好,其他需求则是根据具体的监控场景和监控目标进行选择,比如超大范围监控、超远距离监控、人车精准识别监控、特殊环境监控等等。然后通过与用户的沟通,将主观要求转化为客观的数字要求,比如水平视场角要达到多少度,分辨率要多大,监控距离多远,需要看清什么目标等。

      另一方面,从用户的角度进行观察,面对安防企业推出的种类繁多、功能各异的监控方案,如何选择监控方案呢?如何选择监控镜头呢?也是用户需要考虑的问题,下文将侧重监控镜头,介绍一些关注度较高的需求及对应的监控方案和监控镜头。

      不同需求中的监控镜头


      1)极低照度环境监控

      在安防行业“高清化”这一发展趋势下,感光芯片的像素数目越来越多,单位像素的感光面积必然缩小,因此获得良好低照度效果的难度会越来越大。与此同时,市场对低照度监控的要求,如画面亮度、细节辨识能力、锐度、通透性等不断提高,再加上治安案件往往发生在夜间。这些无疑都为低照度监控带来了新的挑战和更高的要求。

      因此在低照度,尤其是极低照度,且不便安装补光灯的环境下监控,需要借助更大光圈的镜头。??低咏舳⑹谐⌒枨?,推出HV0733D-6MP F0.95恒定超大光圈监控镜头,这款产品具备在整个焦距段7-33mm保持F0.95超大光圈,解像力高达600万像素等优秀性能。

      图1 ??低親V0733D-6MP镜头

      如图2,普通变焦镜头的标称光圈值一般指短焦端的光圈,焦距变大,光圈会变小。凭借行业领先的光学设计资源优势,??低勇氏仍诎卜佬幸涤τ煤愣ù蠊馊际?。恒定大光圈镜头,最大光圈不会随着焦距的变大而变化,使得在全焦段使用时镜头都具有较大的通光量,尤其适用于低照度环境。图3展示了在相同低照度环境下,恒定大光圈镜头和普通大光圈镜头的对比效果。在短焦端由于光圈均很大,画面亮度和细节呈现能力相近。随着焦距的持续变大,恒定大光圈镜头的低照度优势也随之放大,一直到长焦端,画面亮度和细节呈现能力有了明显的差距:恒定大光圈镜头在所有焦距下画面亮度保持不变,而普通大光圈镜头随着焦距的变大,画面亮度变得越来越暗。

      图2 恒定大光圈技术

      图3 相同低照度环境下,恒定大光圈镜头和普通大光圈镜头的对比效果

      继推出1/1.8”靶面的HV0733D-6MP后,针对1/2.7”靶面,??低釉?015年推出TV2713D-5MP镜头,该镜头采用超大光圈技术(SLA),光圈值高达F0.95,位居业界领先水平。

      图4 ??低覶V2713D-5MP镜头

      2)超高清大范围监控

      2010年,视频监控开始进入高清时代,紧接着,2014年,4K的出现标志着超高清时代的开启。

      4K是指分辨率≥800万像素,超高清带来的最显而易见的核心价值就是图像更加清晰,应用场景更广,在达到与1080P相同的清晰度,超高清系统的监控区域能拓宽到4~6倍。其次,由于监控范围更广,不再需要为了看清不同区域而架设多个监控设备,从而节约了整体监控设备成本、安装成本及后期维护成本。

      超高清镜头相比于普通高清镜头(分辨率通?!?00万像素),具有解像力更高的同时,由于超高清传感器的像素尺寸变小,会导致镜头的图像性能对部件的倾斜、中心偏离、尺寸偏差、温度变化等因素变得更为敏感,即超高清镜头的公差要求和可靠性要求将比普通高清镜头更严苛??煽啃缘谋Vひ环矫嫘枰杓颇芰Φ牟欢咸嵘?,结合当前的加工制造水准,设计出公差要求较合适的产品;另一方面,需要加工制造厂商在技术上的不断突破和成熟,生产出精度更高的部件,以适应超高清镜头的发展大趋势。

      图5 超高清镜头实测效果,局部放大后图像仍很清晰

      超高清镜头应用于视频监控,将带来“看得更清”、“看得更全”的极致高清体验,并附带节约监控整体成本的优势。由此,超高清视频监控广泛被业界看好,目前不少国内和日系厂商都纷纷推出了超高清镜头产品。??低悠窘瓒允谐⌒枨蟮木及盐蘸图煜煊?,在2014年相继发布了两款大靶面(1/1.8”)支持800万像素的超高清变焦镜头和一款大靶面(1/1.7”) 支持1200万像素的定焦超广角镜头,目前两款变焦镜头的规格参数已成为1/1.8”视频监控的主流。


      图6 ??低親V1140D-8MPIR镜头

      图7 ??低親V3816D-8MPIR镜头

      图8 ??低親F3417D-12MPIR镜头

      3)生物特征识别

      在监控领域,主要关注对人身份的识别,包括对人脸、指纹、虹膜、掌形等排他性较高的特征的识别,其发展空间非常广阔。随着国家大力建设平安城市、智慧城市,其中的人脸识别近来受到越来越高的关注,相比于其他生物特征识别,有以下天然而独特的优势:

      1.使用方便,采用非接触方式获取信息,识别对象不会存在较大的心理排斥。

      2.信息直观且不易仿冒,符合日常主要通过人脸辨别身份的习惯,活性判别能力保证识别人员必须亲临现场,他人或照片、蜡像无法仿冒,这也是相较于指纹识别的优势。

      3.设备通用性好,无需另行添加专用设备,用户总投资不会发生明显增加

      在监控方案中加入人脸识别算法,将采集到的人脸图像和存档在样本库的人脸图像进行相似度计算,就能达到辨别或新添监控人员身份的目的。相比普通治安监控,需重点关注两点要求:

      1.人脸识别算法要求人脸在图片中占有足够数量的像素,否则无法识别。

      2.监控角度,如果仍然从高往下看,与人脸的正面图相差较大,可能影响识别算法的准确度。安装时高度可以尽量调节到与人平视的位置。

      具备上述共识后,可以着手进行理论计算,并以计算结果作为选择镜头和相机靶面、分辨率的参考。举个例子,以良好服务著称的某高端商店明确规定,经理在VIP客户进店后几分钟内应及时出现并提供服务,而经理平时都在后台处理事务。此时,具备人脸识别功能的监控方案就非常适用,在VIP客户到店后,可实时预警提示经理。如图9所示,假设监控相机安装高度为2m,与门口距离3m,算法的识别条件是人脸宽度在画面中至少占80个像素,该商店已采购的一批相机,靶面为1/2英寸,分辨率为1920*1080,希望通过换镜头和升级软件的方式满足需求。通过计算,镜头焦距约为6mm,因此可推荐用户使用6mm定焦镜头或覆盖6mm的变焦镜头。

      图9 人脸识别监控系统布局示例

      当然,这类应用场景还有很多,如公安、司法、海关对重点布控人员实时预警,人流多且杂的场所对嫌疑人实时预警,商店的潜在客户分析,企业考勤等。

      4)超大场景全景监控

      对于超大场景监控,如机场,校园监控,体育馆,球场,商场,风电场所等,使用普通监控方案,通常需要在不同点位架设多台摄像机以实现全景监控,架设和维护成本相对较高。全景摄像机应运而生,其视场角可达180度或360度,从而实现无死角,无盲区监控,也适合架设多台摄像机不便的环境,减小后期维护成本。

      全景摄像机目前分为两类:1)以鱼眼镜头为代表的超广角镜头,2)多镜头多传感器的拼接方案。鱼眼镜头发展较早,方案较为成熟,搭配合适的成像芯片,通常能实现180度~230度的全景监控。但同时存在两点固有劣势:1)鱼眼镜头一般焦距较小,这大大限制了监控的有效距离,因为其视场角超大,远处的物体所占像素将非常少而变得难以看清;2)鱼眼镜头画面边缘的图像都发生严重的扭曲和失真,部分细节信息因被压缩而丢失,即使应用畸变校正算法也不能达到很好的效果,且不太符合人眼正常的观察习惯。

    如今,面对更高清、更智能等更严苛的监控需求,多镜头拼接显然是一个备受关注的好方案,该方案能克服鱼眼镜头的固有劣势,并实现高清全景监控。自然,对镜头的要求也不同于普通监控镜头,主要体现在以下方面:


      对视场角的要求较严格,图像拼接是指将几幅有重叠区域的图像合成一幅包含各图像信息的宽视场、完整的新图像。通常算法要求相邻镜头之间的重合区域达到15-30%,用于畸变校正和保证足够可搜索到的特征,否则容易出现拼接不上和盲区过大等问题。比如采用2个相同镜头拼接180度的方案,要求重合区域20%,则单个镜头的视场角=180度/(2-20%)=100度。

      拼接前的畸变校正过程可以减轻两幅画面接缝处的错位,保证特征点匹配的准确性,如果畸变形状与拼接算法中畸变校正的要求相匹配,畸变校正效果可以更好。

      图10为??低?015年推出的力作——“鹰眼”全景摄像机,采用八个镜头拼接+一个球机的设计,可同时提供全景和特写画面,兼顾全景和细节。

      图10 ??低印坝パ邸比吧阆窕?

      5)雾天监控

      近几年来,雾霾席卷国内多数城市,成为一种多见的天气。由于可见光在雾霾天的穿透力较弱,并且容易被散射,所以大部分监控画面表现出色彩变暗淡,图像对比度变低,图像出现杂乱噪点,这造成提取关键信息困难,导致普通视频监控系统不能正常使用??裳〉耐肝矸桨改壳爸饕辛街?,算法透雾(或称电子透雾)和光学透雾(或称物理透雾)。

      算法透雾应用得比较早,是一种视频图像增透技术,可针对雾霾的形成模型进行图像复原,优势在于不需要变动任何部件,对浓度不高的雾霾的透雾效果比较明显,监控图像仍保持用户习惯的彩色模式,但在较浓的雾霾天中效果可能不太明显。

      光学透雾的依据是利用近红外光可穿透一定程度的雾霾的特点,实现精准成像。光学透雾的关键在于镜头和滤光片,要想获得较好的透雾效果,镜头的色差设计至关重要。普通监控镜头的可见光和近红外光的焦点较为分离,在图像上表现为:可见光照明下聚焦清楚,切换到只用近红外灯照明,图像会变模糊。而一款设计良好的透雾镜头采用了红外共焦技术,将可见光和近红外光的焦点重合,这样可以保证透雾功能开启前后图像的清晰度一致。另外,透雾镜头的镜片镀膜需要增强近红外部分的透过率,以尽可能提高透雾图像的亮度。透雾滤光片的镀膜性能也相当重要,开启透雾功能将同时带动ICR切换到透雾滤光片,可见光将无法透过滤光片到达传感器,如果滤光片的镀膜性能不佳,比如透过一定量的可见光,如上文所述,很可能引起图像对比度下降等问题。另外,传感器由于只接收到红外光,在光学透雾图像都为黑白颜色。

      图11 透雾效果示例(左:未透雾,中:算法透雾,右:光学透雾)

      结束语

      随着视频监控进入成熟期,产品的多样化是大势所趋,在一次次新方案开发的机遇中,将会碰撞出更多创新的火花,必定会推动整个安防行业向更健康成熟的方向发展。

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