監(jiān)控?cái)z像機(jī)日夜兩用技術(shù)簡(jiǎn)析
監(jiān)控?cái)z像機(jī)日夜兩用技術(shù)簡(jiǎn)析
隨著視頻監(jiān)控在民用領(lǐng)域的使用越來(lái)越廣泛，應(yīng)用的環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，其中一個(gè)最重要的應(yīng)用要求就是24小時(shí)不間斷監(jiān)控。由于彩色成像一般需要較高的亮度，而實(shí)際環(huán)境不一定能夠滿足這個(gè)要求，所以攝像機(jī)低照度技術(shù)（也叫夜視技術(shù)）就相應(yīng)地出現(xiàn)了。由于監(jiān)控需求不同，因此也就出現(xiàn)了不同的應(yīng)用技術(shù)。
由于成本和特殊材料等的原因，目前廣泛應(yīng)用于軍隊(duì)的人眼夜視技術(shù)并沒(méi)有被大量移植到民用監(jiān)控領(lǐng)域，所以目前民用監(jiān)控產(chǎn)品中使用的通常有這樣幾種技術(shù)：高靈敏度材料、數(shù)字慢快門(mén)技術(shù)、彩轉(zhuǎn)黑技術(shù)、被動(dòng)紅外成像技術(shù)等等，因?yàn)楸O(jiān)控要求和應(yīng)用場(chǎng)合的不同，所以在實(shí)際應(yīng)用中就出現(xiàn)了不同的應(yīng)用市場(chǎng)。
高靈敏度材料
使用高靈敏度材料，包括使用高靈敏度光感應(yīng)材料，超高信噪比信號(hào)分析處理器件，信號(hào)處理增加一些特殊處理技術(shù)等等，以此來(lái)提高對(duì)光線較低情況下圖像采集的還原效果，但是由于成本及考慮體積等方面的原因，這個(gè)雖然是最好的方案卻仍然很難在短時(shí)間內(nèi)被廣泛應(yīng)用。
數(shù)字慢快門(mén)技術(shù)
數(shù)字慢快門(mén)技術(shù)（digital slow shuttle），實(shí)際上它并不是一種快門(mén)，只是它的功能在某種程度上類(lèi)似于快門(mén)而已，快門(mén)（shuttle）和光圈(IRIS)都是攝像機(jī)上控制光線通過(guò)鏡頭，達(dá)到光捕捉效果的一個(gè)部件。也可以這樣理解，光圈是光線通過(guò)鏡頭時(shí)能夠進(jìn)入的一個(gè)孔，孔的大小就是光圈的大小，孔越大，相同情況下通過(guò)的光就越多，而快門(mén)是掌握光圈開(kāi)關(guān)的部分，控制光圈是處于一直開(kāi)啟狀態(tài)還是按照一定時(shí)間間隔定時(shí)開(kāi)關(guān)。
彩色轉(zhuǎn)黑白技術(shù)
在光線不夠的時(shí)候?qū)D像切換為黑白圖像，去掉色載波和色同步干擾，并且將AGC加大，在一定程度上能夠提高低可視光環(huán)境下的圖像質(zhì)量，但是這種方案能夠解決的也只是部分非常特殊的環(huán)境，不能解決弱光環(huán)境，而且能夠提升的圖像質(zhì)量也非常有限，一般此技術(shù)都要和其他技術(shù)配合使用。
在一定的光源條件，利用線路切換的方式將圖像由彩色轉(zhuǎn)為黑白。在彩色/黑白線路轉(zhuǎn)換的技術(shù)演進(jìn)過(guò)程中，早期曾采用2顆感光元件Sensor（1顆彩色、1顆黑白）共用一組電路再行切換，目前此類(lèi)攝像機(jī)已采用單一CCD（彩色）設(shè)計(jì)，在白天或光源充足時(shí)為彩色攝像機(jī)，當(dāng)夜晚降臨或光源不足時(shí)（一般在1LUX?3LUX）即利用數(shù)字電路將彩色信號(hào)消除掉，成為黑白圖像，此種作法雖可在夜晚達(dá)到“低照度”的目的，白天卻有圖像模糊，色彩不自然的缺點(diǎn)。 被動(dòng)紅外成像技術(shù)
被動(dòng)紅外成像技術(shù)的應(yīng)用前提是光捕捉器件除了要能采集可見(jiàn)光信號(hào)以外，還要能夠采集到紅外信號(hào)，并且信號(hào)處理能夠?qū)⒃t外信號(hào)處理成灰度信號(hào)（就說(shuō)常說(shuō)的黑白信號(hào)）。黑白攝像機(jī)都能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能并且靈敏度非常高。目前所有基于數(shù)字處理技術(shù)的攝像機(jī)也都能夠完成這個(gè)工作，但是由于還有可見(jiàn)光環(huán)境下的彩色成像，矛盾也開(kāi)始出現(xiàn)了。在處理彩色信號(hào)的時(shí)候，因?yàn)镈SP處理都需要將視頻信號(hào)分離成灰度信號(hào)和色度（或者色差）信號(hào)進(jìn)行分別處理，而紅外信號(hào)本身是人眼不可見(jiàn)的，但是在光捕捉器采集和DSP處理之后已經(jīng)變成了人眼可以識(shí)別的灰度信號(hào)，兩個(gè)灰度信號(hào)（可見(jiàn)光和紅外光的）進(jìn)行疊加，必然會(huì)使圖像在進(jìn)行灰度和色度合成的時(shí)候無(wú)法按照理想的情況進(jìn)行合成，這將會(huì)造成圖像的灰度和色度失真，最典型的例子就是如果紅外光過(guò)強(qiáng)，會(huì)使得整個(gè)圖像發(fā)灰。目前關(guān)于被動(dòng)紅外成像在視頻監(jiān)控中的主要方案有以下四種：
1、純彩色攝像機(jī)，這種方案是阻止被動(dòng)紅外成像，也就是避免紅外線進(jìn)入，其使用光低通濾波器（即通常所說(shuō)的低通濾光片，其基本不吸收和反射可見(jiàn)光，但基本完全隔離紅外光）直接將紅外線擋住，這樣圖像會(huì)基本不受紅外信號(hào)的影響。這樣做的目的是避免使用紅外成像。
2、完全不管紅外信號(hào)對(duì)圖像彩色情況下的影響使用可大量通過(guò)紅外線的濾色片，這是一種低成本的方案，在被動(dòng)紅外成像方面的效果也比較好，但是很容易出現(xiàn)上面說(shuō)的在彩色模式下的色度和灰度失真問(wèn)題。
3、只讓特定紅外光比通過(guò)，其他大部分紅外光不能通過(guò)，這就是單濾光片感應(yīng)紅外型攝像機(jī)的原理，其主要技術(shù)依據(jù)是采用了不同于彩色攝像機(jī)的濾色片，這樣的方案可以在一定程度上解決彩色偏色的問(wèn)題，并且也能夠使用在沒(méi)有可見(jiàn)光而使用紅外成像的場(chǎng)合。但是這個(gè)方案也存在一些問(wèn)題，在日光充足的時(shí)候，紅外信號(hào)非常豐富，會(huì)造成圖像顏色和灰度失真。而在使用紅外成像的時(shí)候，也因?yàn)橹挥袠O窄頻率的紅外光能夠通過(guò)而使成像并不敏感，所以這類(lèi)攝像機(jī)一般使用在室內(nèi)30米直徑以內(nèi)的區(qū)域。
4、在可見(jiàn)光較強(qiáng)的時(shí)候采用OPLF，將大部分紅外光擋住，確保其顏色還原和灰度信號(hào)的真實(shí)，而在可見(jiàn)光較弱的時(shí)候不使用OPLF，而使用可以使絕大部分可見(jiàn)光和紅外光都可以通過(guò)的高通濾波器，因?yàn)橹饕揽考t外光成像，是灰度信號(hào)，所以這個(gè)時(shí)候一般都會(huì)把彩色成分去掉，只保留灰度信號(hào)，所以看到的就只是灰度圖像即我們所說(shuō)的黑白圖像。
這種方案實(shí)際上結(jié)合了彩色攝像機(jī)在可見(jiàn)光較好情況下的優(yōu)點(diǎn)和黑白攝像機(jī)在低照度下的優(yōu)點(diǎn)，可以說(shuō)是目前解決全天候、光線變化很大的環(huán)境下監(jiān)控的最佳方案。在自然光線下真實(shí)的顏色還原和無(wú)可見(jiàn)光下高靈敏的被動(dòng)紅外成像，其靜態(tài)效果甚至能夠和某些采用同樣技術(shù)并加入4倍DSS感光技術(shù)的一體機(jī)媲美。
雖然使用被動(dòng)紅外成像能夠較好地解決無(wú)可視光和監(jiān)控之間的矛盾，但是因?yàn)榧t外線和可見(jiàn)光的光學(xué)差異，其中也有一些需要解決的問(wèn)題，光學(xué)主要介質(zhì)玻璃對(duì)兩種光波的折射率不同會(huì)造成光學(xué)組件的焦距不同，所以很容易使聚焦出現(xiàn)問(wèn)題，不過(guò)這些問(wèn)題已經(jīng)在不斷的使用和改進(jìn)中得到相應(yīng)的解決。隨著被動(dòng)紅外成像技術(shù)的不斷成熟和廣泛應(yīng)用，使得監(jiān)控效能大大提高，人們的生活將會(huì)得到更加可靠的保障。
