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近些年，超低照度攝像機(jī)紛紛涌現(xiàn)出來，成為“平安城市”視頻監(jiān)控系統(tǒng)炙手可熱的機(jī)型之一。為何“超低照度”能夠?qū)崿F(xiàn)非常好的圖像效果，有哪些實(shí)用原理？

　　影響攝像機(jī)圖像效果的幾個(gè)重要因素主要包括鏡頭、光圈、圖像傳感器、補(bǔ)光燈等，也正是這些硬件/軟件因素的差異化，才有圖像效果有差別的攝像機(jī)。另外圖像的效果還與ISP調(diào)優(yōu)能力、鏡頭搭配合理性有較大關(guān)系。

　　低照度攝像機(jī)，主要受鏡頭、圖像傳感器、后端圖像處理技術(shù)等因素的影響，是指在光照較暗的情況下(即低照度)仍然可以獲得比較清晰圖像的攝像機(jī)。目前安防行業(yè)通常將前端攝像機(jī)分為四個(gè)等級(jí)，當(dāng)最低照度值達(dá)到甚至低于0.0001Lux的時(shí)候，便達(dá)到了“星光級(jí)”的超低照度攝像機(jī)。

　　圖像傳感器

　　影響攝像機(jī)低照度的，首先是傳感器的選擇。眾所周知，同樣尺寸的圖像傳感器，像素越高，分配到每個(gè)像素的感光面積就小，低照效果就越差;拿200萬像素的高清攝像機(jī)來說，如果使用與30萬像素模擬攝像機(jī)同樣大小的傳感器，那平均每一個(gè)像素的感光面積只有模擬攝像機(jī)的1/8，其高清畫質(zhì)在夜間反而會(huì)更加慘不忍睹。

　　所以，星光級(jí)低照度攝像機(jī)，一般會(huì)采用靶面尺寸較大的成像傳感器：相同像素的攝像機(jī)，靶面尺寸越大，每個(gè)像素吸收到環(huán)境中的光線就會(huì)越多;單位面積的進(jìn)光量，是體現(xiàn)傳感器低照度性能的決定因素。

　　大光圈鏡頭

　　鏡頭是攝像部件的重要組成部份，它在低照監(jiān)控應(yīng)用技術(shù)上的作用是為攝像機(jī)聚焦被攝目標(biāo)的光線，這里的低照應(yīng)用與技術(shù)關(guān)鍵在于鏡頭的口徑越大其進(jìn)光量也會(huì)越大，也就是鏡頭光圈的增大可有效提升進(jìn)光量，從而使攝像機(jī)獲得理想的低照度效果。

　　處理芯片

　　低照度環(huán)境還會(huì)給圖像帶來噪聲，從而圖像的清晰度，這就需要有性能足夠強(qiáng)大的處理芯片，來搭載自動(dòng)增益、數(shù)字降噪等關(guān)鍵技術(shù)。

　　自動(dòng)增益，能夠?qū)⒌驼斩认聢D像的亮度維持在理想狀況，控制噪聲的大小;數(shù)字降噪技術(shù)，則能夠過濾噪聲，顯示較為純凈的畫面，看清更多的圖像細(xì)節(jié)。強(qiáng)大的處理芯片搭載的關(guān)鍵算法，對(duì)原始裸數(shù)據(jù)進(jìn)行“雕琢”后，才能呈現(xiàn)給用戶最好的圖像效果。

　　低照度增強(qiáng)算法

　　使用相同的處理芯片，也不一定就能取得同樣的降噪、增益效果。以降噪為例，降噪處理不當(dāng)，會(huì)造成圖像嚴(yán)重的霧感、拖影、細(xì)節(jié)損失等現(xiàn)象。而對(duì)于伽馬數(shù)值設(shè)置，過高會(huì)使畫面的對(duì)比度增強(qiáng)、畫面變暗、畫質(zhì)通透，但會(huì)丟失細(xì)節(jié);數(shù)值設(shè)置過低，又會(huì)使圖像變亮、細(xì)節(jié)增加，但是畫質(zhì)通透度變差。所以即使基于相同的硬件平臺(tái)，產(chǎn)品的最終效果也各有不同，這其中就體現(xiàn)了不同廠家的研發(fā)實(shí)力。

　　采用靈敏度高的圖像傳感器及鏡頭

　　這是通過硬件改善的方式來提升攝像機(jī)在低照度環(huán)境下的夜視效果。

　　鏡頭作為攝像機(jī)的重要組成部分，其是光線進(jìn)入攝像機(jī)的第一道“關(guān)卡”，其攝取光線的多少直接決定了成像的清晰度。而通常用“進(jìn)光量”的大小來衡量鏡頭對(duì)光線的攝取能力，鏡頭的進(jìn)光量可以用F值(光闌系數(shù))表示。F值=f(鏡頭焦距)/D(鏡頭的有效光圈口徑)，它與口徑成反比，與焦距成正比。在焦距相同的條件下，選擇光圈口徑越大的鏡頭，鏡頭進(jìn)光量就越大，也就是需要選擇F值越小的鏡頭。常見鏡頭的光闌系數(shù)有F1.2、F1.4等。

　　圖像傳感器是光線進(jìn)入攝像機(jī)的第二道“關(guān)卡”，從鏡頭透進(jìn)的光線會(huì)在這里轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。目前主流的傳感器有CCD和CMOS兩種，CCD的制造工藝較為復(fù)雜且技術(shù)壟斷在幾個(gè)日系廠家手中，成本較高，其在靈敏度及信噪處理等方面的表現(xiàn)優(yōu)于CMOS，而CMOS則具有低成本、低功耗以及高整合度的特點(diǎn)。但隨著CMOS技術(shù)的不斷發(fā)展，CCD和CMOS之間的差距正在逐漸減小，新一代的CMOS已經(jīng)極大地改善了在靈敏度方面的不足，成為高清攝像機(jī)領(lǐng)域的主流，現(xiàn)在市面上的星光級(jí)超低照度網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)基本上采用的都是高靈敏度的CMOS傳感器。另外，傳感器的尺寸大小也會(huì)影響其低照度效果，在同樣的光照條件下，尺寸越小，像素越高的攝像機(jī)低照度效果越差。

　　提高幀累積、增益，增加曝光時(shí)間

　　這是通過調(diào)節(jié)攝像機(jī)的參數(shù)來提升圖像亮度的方法。

　　幀累積或者慢快門功能，可以持續(xù)像素中的光電荷轉(zhuǎn)換，從而延長曝光時(shí)間，提升圖像畫面亮度，因此打開慢快門功能時(shí)，輸出的圖像不是實(shí)時(shí)圖像，而是通過犧牲圖像的實(shí)時(shí)性，來提升低光照?qǐng)龊舷碌膱D像清晰度，只要攝像機(jī)的快門慢到4倍以上，在監(jiān)視器上就可以看到比較明顯的圖像拖影。但是對(duì)于監(jiān)控而言，重要的恰恰在于清晰、連貫、實(shí)時(shí)的圖像，因此幀累積慢快門攝像機(jī)常常被用于對(duì)靜態(tài)事物的監(jiān)視，而不建議用在非靜態(tài)應(yīng)用中。

　　AGC(AutoGainControl)是將來自圖像傳感器的信號(hào)放大到可以使用水準(zhǔn)的視頻放大器，其放大量即增益，可自動(dòng)根據(jù)信號(hào)電平調(diào)整增益幅度，優(yōu)點(diǎn)是提升了攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，缺點(diǎn)是將噪聲一同放大。因此當(dāng)夜晚圖像增益提高時(shí)，畫面會(huì)出現(xiàn)類似“雪花點(diǎn)”的噪點(diǎn)，可以開啟攝像機(jī)的3D降噪功能，撫平畫面噪點(diǎn)，使圖像看起來更細(xì)膩平滑。