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百萬高清攝像機技術淺析

時間:2015/9/1  來源:  編輯:

隨著安防監控技術的不斷發展,安防監控的市場需求也在快速地發生變化。由于反恐等安全的需求,用戶對視頻監控系統的智能化要求日益迫切,因而近幾年高清視頻監控已經成為比較明確的發展方向,這也就意味著用戶對監控的要求將更多的關注在監控圖像的清晰度上,關注監控畫面能在多大程度上與現場保持一致,使之能利用智能分析技術準確地識別異常的目標。 百萬攝像機構成 傳統模擬攝像機是無法滿足高清圖像采集需求,高清已經成為當今視頻監控的發展主流。要實現高清視頻監控,離不開高清攝像機,因此,百萬像素高清網絡攝像產品應運而生。 百萬像素高清攝像機的出現,為高清監控方案的實現奠定了基礎,那么何為百萬像素高清攝像機呢? 此處所述百萬像素高清攝像機,指基于IP網絡傳輸的高清攝像機。以一般的高清網絡攝像機構成為例介紹,從前往后依次包括鏡頭、紅外截止濾光片、圖像傳感器、時鐘同步與圖像處理編碼壓縮主板、電源及I/O網絡接口板,如圖1所示。 圖1 高清網絡攝像機結構示意圖 在所有的構成部件中,最為關鍵的是圖像傳感器,其指標優秀與否直接影響到高清網絡攝像機畫面效果。目前市場上大多數高清網絡攝像機均采用CMOS作為感光元件,但與CCD傳感器相比,其在高清網絡攝像機上的應用具有優勢。 高清成像效果 目前,百萬像素攝像機只是行業內對高清網絡攝像機的一個統稱,泛指百萬及百萬以上像素的高清攝像機,但業界尚未形成相關的標準來定義百萬像素和高清的關系。所謂百萬像素,指應用于網絡攝像機的傳感器的有效像素數達到百萬以上,與此同時,此高清攝像機所輸出的現場畫面分辨率至少為1280×720。當今主流的130萬像素、200萬像素,甚至更高的500萬像素均屬于百萬像素級網絡攝像機,輸出的圖像分辨率一般至少為720P(1280×720)或1080P(1920×1080)。 圖2 不同分辨率下的成像對比 從當前行業的公認標準來看,視頻畫面分辨率達到720P為高清是最基本的要求,甚至有些場合將其稱之為準高清,因為從嚴格意義上講,1280×720的分辨率尚未達到百萬像素。而通常被公認的真正高清圖像,其視頻畫面分辨率需要達到1920×1080,即通常所說的1080P。 從以上所提及的視頻畫面分辨率上不難看出,百萬像素高清攝像機所提供的視頻畫面是傳統模擬攝像機時代所不能比擬的,清晰度的提高,圖像視野的擴大,均為其最突出的優勢。 一方面,從分辨率數值對比來看:從表1的分辨率比較中我們可以清楚地看到,百萬像素高清攝像機提供的畫面分辨率有著數倍于傳統攝像機清晰度的優勢。 表 1 不同分辨率圖像對比一覽表 除了視頻畫面清晰度的高低以外,實際應用中還有一個很重要的要求,即視頻畫面的實時性,以PAL制式來看,需要達到25幀/秒的傳輸及播放幀率。當前市場上大多數百萬像素攝像機在720P或1080P分辨率格式下均能夠達到25幀/秒的高幀率傳輸及呈現,而達到2560×1920分辨率的超高清攝像機大多還無法實現此種清晰度下的實時呈現。 在行業實際應用中,客戶往往有著非常明確的監控需求,以及所要實現的目標要求。如銀行柜員監控,需要能夠清晰地看到每一個前來辦理業務的人員的面部;交通道路監控,需要能夠清晰地看到每一個車道上通過的車輛的車牌號。為了滿足這些特殊的需求,采用傳統的非高清監控方式,往往需要針對每一個柜員,每一個車道單獨安裝一臺攝像機,以期縮小監控視野,保證監控目標的清晰度。 在應用百萬像素高清攝像機之后,可以使用一臺百萬像素高清攝像機代替多臺非高清攝像機,并能達到需要同時使用多臺傳統攝像機才能達到的監控效果。 如圖3-1所示,三車道的道路監控,如果使用標清D1分辨率格式的攝像機進行監控,如需獲取到清晰的車牌信息,就需要分別針對每個車道安裝1臺攝像機,共需要3臺攝像機才能將整條車道完全監控。 圖3-1 傳統監控方案中,對3車道需要3臺攝像機來抓圖 而使用百萬像素高清攝像機,可以實現一臺攝像機對三車道的監控,并且獲取清晰的車牌信息(如圖3-2所示)。 圖3-2 高清監控方案中,對3車道僅需要1臺高清攝像機就可完成監控 百萬像素高清攝像機的出現無疑給廣大使用者帶來了極大的便利,也使得安防監控質量有了很大的提升,同時也在不斷使傳統模擬攝像機加速退出現有市場。面對百萬高清攝像機的諸多優勢,那么在實際應用中是否要選擇像素越高的攝像機監控效果就越好呢?其實不然,百萬像素高清固然帶來畫面質量的提升,但同時也應該看到其帶來的網絡帶寬占用的增加,以及存儲空間需求的提升,比如1080P的高清畫面,在清晰度方面五倍于標清D1畫面,D1分辨率傳輸下,僅需要1M的帶寬即可進行傳輸和存儲,而1080P的高清傳輸則需要高達6M的碼率進行傳輸和存儲。因此,在使用百萬像素高清攝像機進行高清監控方案建設的時候,需要綜合考慮傳輸和存儲的投入,選擇最合適的高清攝像機,而并非一味的選擇五百萬像素,甚至于千萬像素產品;或許130萬、200萬像素的攝像機才是最適合的選擇。 使用百萬像素高清攝像機,還必須選擇合適的攝像機鏡頭,首先需要選擇使用高清鏡頭,如果仍然使用普通的非高清鏡頭,那么將無法呈現出百萬像素高清攝像機超高分辨率的效果。此外,根據所應用的環境和所要監控的目標及要求的不同,還要選擇合適焦距的鏡頭,也就是要選擇滿足監控視野目標要求的鏡頭。如選擇廣角鏡頭,則其可視角度大,一般在90度以上,適合監視大范圍、短距離場所;選擇長焦鏡頭,則其可視角度在20度以內,主要用于大范圍超遠距離的環境監視,如森林、體育場、海港等高空望監視。 智能化應用 縱觀現在市場上的百萬像素高清攝像機,不乏具有各類不同特性的機型,而其與高清攝像機搭配的特色功能莫過于與智能視頻分析技術的融合,成為高清攝像機發展的一大亮點,如智能高清網絡攝像機,將智能視頻分析技術與百萬像素高清進行了有機的融合。 智能視頻分析技術已成為當今技術發展的主流方向,不斷得到廣泛的應用,此處不對此項技術做具體剖析,而主要探討智能與高清雙劍合璧的應用。 百萬像素帶來了高清晰的畫面質量,將視頻監控帶入了高清監控時代,但并未改變傳統的被動監控模式。現場圖像的高清顯示固然給監控人員帶來了高清畫質的直觀體驗,但仍無法改變眾多監控現場的無重點觀察、容易遺漏等被動局面。再清晰的畫面,如果在出現警情的時候不能給監控人員第一時間收到警訊,其有效價值將大打折扣。利用智能視頻分析的預警功效,第一時間將有警情的高清畫面彈出,其監控效率將大大提高。 在傳統模擬攝像機監控時代,由于攝像機本身并不具備進行視頻處理的DSP芯片,因此無法將智能視頻分析算法嵌入到攝像機內,要想實現智能監控,需要額外增加智能視頻分析設備,成本和維護投入均較大。而百萬像素高清攝像機的出現,其本身具有視頻處理的DSP芯片即主板,因此可以實現將智能視頻分析算法嵌入到百萬像素高清攝像機中。由于智能視頻分析算法將占用DSP的處理能力,為了不影響視頻壓縮,保證視頻畫面的質量,同時也為了保證智能視頻分析算法有充足的運算資源以達到較高性能,部分廠家采用雙DSP芯片的方式,一方面保證百萬高清畫質,另一方面保證智能視頻分析的性能。 基于百萬像素攝像機,為智能視頻分析功能的實現奠定了基礎。眾所周知,智能視頻分析是基于圖像進行分析事件,其前提就是圖像,圖像清晰與否直接決定了事件分析的準確性。百萬像素的出現為智能分析提供了高清晰的圖像來源,智能視頻分析的精度也因此而大幅提升,目前已經有廠家將智能視頻的分析精度精確到了3×3像素大小,如果沒有一個高清晰的視頻源做保證,這樣的精度是很難實現的。百萬像素高清攝像機的出現,不僅為我們肉眼監控提供了高清晰圖像,同時為設備智能分析提供了高清晰度分析源,便于監控智能化。 在應用方案上,如前所述百萬像素高清攝像機需要高帶寬來承載其高清圖像的傳輸,如果所有高清圖像均需要傳輸到監控中心供值機人員監控,無疑將占用大量的網絡帶寬資源,而高清攝像機與智能技術的融合,使得前端攝像機可以自動過濾高危事件,將過濾后的預警圖像有選擇的傳輸的監控中心,這樣一來將大大降低高清監控方案對網絡帶寬資源的依賴,大幅降低高清解決方案的整體成本。 百萬像素和智能分析無疑是現今監控市場的兩大熱門主題,二者合二為一,無論從產品形態還是從方案實用性上來看,都是最高效和實用的組合,筆者認為其也必將是未來的發展方向。 結語 隨著視頻壓縮技術的發展,芯片技術的提升,視頻壓縮比不斷提升,同樣畫面質量的情況下所耗用的網絡帶寬以及所占用的存儲空間將降低,屆時百萬像素高清攝像機的應用將更普及,500萬甚至千萬像素高清攝像機也勢必將逐步得到普及應用。

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