淺析一體化攝像機的應用前景

文/曾虹云 金三立視頻科技(深圳)有限公司

　　一體化攝像機自上個世紀末面世以來，因其輕便的外型、靈活的環(huán)境適應性、較廣的監(jiān)控范圍、較高的性價比等優(yōu)勢，在高速公路、市政場館、酒店、醫(yī)院等對環(huán)境要求較高場所發(fā)揮著關(guān)鍵作用;近年來，伴隨著高清浪潮之勢，技術(shù)廠家研發(fā)的DSP處理器，依據(jù)監(jiān)控區(qū)域的目標位置有效控制一體化機芯拍攝高質(zhì)量的圖像，提高成像品質(zhì)，更是讓一體化攝像機漸為安防市場追捧。

　　何為一體化攝像機

　　一體化攝像機，顧名思義，集攝像機、變焦鏡頭于一體，具有自動聚焦(AF)及變焦功能，簡稱一體機。

　　真正含義上的第一臺一體化攝像機誕生于1997年，一開始出現(xiàn)在當時輔導行業(yè)的長途解說視頻方面。1999年，韓國世林電子Saerim(現(xiàn)歸屬于韓國CNB旗下)首將一體化攝像機接口改為RS-232，由此正式推向安防監(jiān)控領(lǐng)域。一體化攝像機當時專指可自動聚焦、鏡頭內(nèi)建的攝像機，其技術(shù)從家用攝像機技術(shù)發(fā)展而來，和常見的槍機比較，一體化攝像機具備體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝應用方便、監(jiān)控范疇廣、性價比高等特點。一體機正式出現(xiàn)在國內(nèi)本土市場上是在1998年，但基本上都是國外產(chǎn)品。目前的國內(nèi)一體機市場，主要由SONY、HITACHI、SAMSUNG、CNB、LG、海康威視、大華股份等廠家所統(tǒng)領(lǐng)。

　　應用“隨遇而安”

　　不同于傳統(tǒng)攝像機對環(huán)境的“挑剔”，一體化攝像機對環(huán)境的適應能力超強，能“隨遇而安”。一體化攝像機室外型都具有防水功能，而傳統(tǒng)攝像機需和云臺、防護罩配合使用才可以達到防水的功能。對于高溫、雨雪等惡劣的室外環(huán)境，通過良好的防爆、防水等功能的配置，一體化攝像機可以實現(xiàn)良好的監(jiān)控效果，解決用戶室外監(jiān)控的后顧之憂。而對于特殊環(huán)境的監(jiān)控需求，一體化攝像機同樣有著出色表現(xiàn)，有專門用于生化環(huán)境的防腐蝕一體化攝像機、有可用于海底的防水一體化攝像機，還有為應對室外高溫天氣而研制的，具有良好散熱功能的一體化攝像機等。可以樂觀地預計，隨著一體化攝像機功能優(yōu)勢的全面發(fā)揮，將會給各類安防應用帶來更積極的監(jiān)控體驗。

　　一體化攝像機監(jiān)控范圍寬廣，特別適用于各類大范圍監(jiān)控場所。與傳統(tǒng)攝像機相比，一體機體積精巧、美觀，在安裝方面具有優(yōu)勢，比較方便，其電源、視頻、控制信號均有直接插口，不似傳統(tǒng)攝像機有麻煩的連線;高清網(wǎng)絡一體機可以通過網(wǎng)絡實現(xiàn)變倍、聚焦和光圈控制，一次安裝后幾乎不需要到現(xiàn)場進行后期維護;一體機成像系統(tǒng)(鏡頭)、CCD、DSP技術(shù)專利均被國際知名大廠所掌握，相對傳統(tǒng)攝像機來說，一體機質(zhì)量可以得到較好的控制。

　　自動聚焦是一體化攝像機的特有優(yōu)勢，也正因為自動聚焦，可以讓一體化攝像機應對動態(tài)對象時展現(xiàn)流暢清晰畫質(zhì)。自動聚焦即是通過攝像機自動聚焦算法檢測圖像主物面的位置，并根據(jù)其在攝像機圖像傳感器上的聚焦情況自動調(diào)整鏡頭的聚焦馬達，這樣往復多次，即可實現(xiàn)變焦控制全程自動聚焦，圖像在變焦過程中隨時保持清晰。如此一來，傳統(tǒng)槍機跑焦和手動調(diào)焦維護的時代便一去不復返了。傳統(tǒng)攝像機定位系統(tǒng)不夠靈活，多需要手動對焦，而一體化攝像機最大的優(yōu)點就是具有自動聚焦功能，能夠即時呈現(xiàn)清晰圖像，實現(xiàn)快速準確的實時監(jiān)控。尤其在對高速公路的監(jiān)控中，由于車輛速度較快，容易出現(xiàn)監(jiān)控圖像模糊、拖尾等現(xiàn)象，高品質(zhì)的一體化攝像機可對車輛圖像進行自動聚焦，并能達到很好的定焦效果，為道路監(jiān)控和交通管理提供理想的監(jiān)控圖像。

　　局限性

　　所謂成也蕭何，敗也蕭何。自動聚焦是一體化攝像機的應用特色，關(guān)系到一體化攝像機能否快速、清晰地獲取圖像，而在當前，限制國內(nèi)一體機發(fā)展的瓶頸也在于自動聚焦。聚焦速度和效果好壞，直接影響到用戶對監(jiān)控現(xiàn)場圖像的抓取和錄像。好的產(chǎn)品，可以一次性準確聚焦;差的產(chǎn)品，在聚焦時會來回往復，需要3、4次才能定焦，或者聚焦不到“最清晰點”。自動聚焦這一技術(shù)，成為廠商急需要解決的技術(shù)難題。一些廠商為了避開這個障礙，只能在后端的電機控制部分、產(chǎn)品外殼上下功夫，加上一些OSD菜單開發(fā)，用來設(shè)置攝像機的各種參數(shù)。更有圖省事的廠商，直接采用進口機芯做二次開發(fā)，圖像畫質(zhì)上與國外產(chǎn)品無多大差別，AF效果卻無可比性?？v觀一體化攝像機的應用現(xiàn)狀，其自動聚焦出現(xiàn)的問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

　　首先是聚焦點偏移問題。槍式攝像機主要由機身和鏡頭兩部分組合而成，其高性能的實現(xiàn)有賴于機身與鏡頭的完美搭配。而在監(jiān)控項目中，如果用戶或施工人員的專業(yè)技術(shù)不足，對攝像機與鏡頭搭配不合理，就會影響攝像機性能。在安防應用中，用戶多采用手動調(diào)焦鏡頭，然而手動調(diào)焦依賴于人眼目視檢測和手動調(diào)節(jié)，其效率低下、精度不盡人意;此外，槍機本身易受到潮氣、振動、熱脹冷縮等環(huán)境因素干擾，在使用一段時間后，極易出現(xiàn)由于攝像機聚焦點偏移造成圖像模糊、不穩(wěn)定、老化快等問題。

　　其次，背焦(后焦)調(diào)節(jié)問題。由于攝像機圖像傳感器靶面不平以及不同鏡頭之間后焦距的區(qū)別，因此槍機背焦(后焦)調(diào)節(jié)技術(shù)，一直是槍型攝像機廠商需要重點研發(fā)的技術(shù)。而對于槍機使用一段時間后跑焦的問題，很多用戶(或工程商)通常只有派技術(shù)人員到現(xiàn)場進行處理，就網(wǎng)絡監(jiān)控而言，監(jiān)控的前端設(shè)備分布較遠，這也將大大提高監(jiān)控維護成本;而少數(shù)廠商也在攝像機中加入電子后焦調(diào)整功能，但這無疑也增加了攝像機的成本。

　　此外，變焦問題不容小覷。現(xiàn)在市場上使用的槍機鏡頭很多是自動光圈手動變焦型，焦距為幾毫米到幾十毫米，焦距需要在安裝時調(diào)整到位并鎖定。所以槍機通常只能用到監(jiān)控范圍有限的場合，比如室內(nèi)、樓道、停車場出入口等監(jiān)控位置相對固定的場所。當然，槍型攝像機也可以采用電動變焦鏡頭，但電動鏡頭工藝復雜，生產(chǎn)成本高，所以目前市場上的電動鏡頭都比較昂貴。另外，由于網(wǎng)絡延時問題，電動變焦后帶來的手動控制二次聚焦問題無疑又是一大難題。

　　不得不提的是，由于一體化攝像機多用于室外環(huán)境，更多是環(huán)境較為特殊的場景，光線變化也很容易影響到攝像機定焦。很多技術(shù)廠商由此研發(fā)的日夜轉(zhuǎn)換技術(shù)讓安防無視“黑夜”。集成了雙濾光片切換結(jié)構(gòu)，但是帶來的是居高不下的成本價格。

　　高速公路實戰(zhàn)應用

　　一體化攝像機發(fā)展的十余年里，在很多行業(yè)中得到了完美應用，充分地完成了呵護一方平安的使命。高速公路因其快速的車流、復雜的地形與氣候環(huán)境，對一體化攝像機一直青睞有加，尤其是“十二?五”期間，全國高速公路建設(shè)更加緊鑼密鼓地進行，截止2013年，全國高速公路里程達10.44萬公里，如此巨大的人流物流紐帶往來，對安防產(chǎn)品及技術(shù)的要求自然十分嚴格。筆者所在公司，其視頻監(jiān)控產(chǎn)品、解決方案在高速公路行業(yè)的應用占據(jù)全國龐大的份額。下面就公司一體化攝像機在遂資眉高速公路中的應用，來詳細談談一體化攝像機在高速公路行業(yè)的實戰(zhàn)情況。

遂資湄高速公路位于四川盆地腹心地帶，巴蜀地形錯綜復雜，山地較多，此項目中應用到一體化攝像機主要在外場沿線道路以及隧道一線。

　　外場沿線道路采用網(wǎng)絡高清球機和網(wǎng)絡高清一體化攝像機，通過點對點的光纖收發(fā)器接入到就近通信站的匯聚交換機中，再通過匯聚交換機上傳到路段監(jiān)控分中心;隧道網(wǎng)絡高清一體化攝像組成環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡，接入到就近的通信站的匯聚交換機，再通過匯聚交換機上傳到路段監(jiān)控分中心。

　　首先看看隧道監(jiān)控系統(tǒng)(圖1)，隧道內(nèi)監(jiān)控的主要目的是觀察隧道交通狀況，及時發(fā)現(xiàn)并疏導交通阻塞，及時發(fā)現(xiàn)并排除道路故障;所以，隧道內(nèi)監(jiān)控對視頻清晰度和實時性沒有很高要求，但是攝像機必須具備較高的白平衡調(diào)節(jié)能力、抗震和粉塵等環(huán)境的適應性。

　　隧道內(nèi)采用30臺網(wǎng)絡高清槍機，橫通道采用1臺網(wǎng)絡高清智能球機，隧道洞口采用4臺網(wǎng)絡高清一體機，隧道內(nèi)變電所采用4臺網(wǎng)絡高清半球，可全面監(jiān)控隧道內(nèi)交通情況。

　　對于隧道口，除了監(jiān)控交通外，還需要觀察隧道口山體的穩(wěn)定性，及時發(fā)現(xiàn)并排除隱患，需要高清晰度的攝像機。此次選型的高清一體機，具有較好的強光抑制效果，亦具有較好的寬動態(tài)效果，支持3D云臺控制，支持點面結(jié)合操控功能。根據(jù)隧道情況可選擇槍機定點監(jiān)控，也可以使用具有點面結(jié)合功能的高清IPC和高清網(wǎng)絡球機，既可以達到一次性精準定位的使用效果，又可以做到整體和局部兼顧。

接著我們談談全程道路監(jiān)控系統(tǒng)(圖2)。全程監(jiān)控主要是對高速公路沿線、立交橋等高速公路重點路段進行監(jiān)控，把控高速公路交通狀況，及時發(fā)現(xiàn)交通阻塞路段，及時給予引導，保證高速公路安全暢通。監(jiān)控全程道路的攝像機主要設(shè)立在橋梁、沿線道路、立交橋等位置，通常安裝網(wǎng)絡高清一體化攝像機和高清球機，預計遠期需增加一定數(shù)量的球機滿足全程道路監(jiān)控的需求。

　　在立交橋等重點路段，視頻查看和云臺控制較為頻繁，如有延時會影響操控感。采用高清IPC球機和高清IPC一體機部署。在此次項目中，所采用的200萬高清一體化云臺攝像機，監(jiān)控距離達200m-1000m左右，支持云臺控制;沿線道路監(jiān)控每2公里安裝1臺攝像機，采用網(wǎng)絡高清一體云臺攝像機或球機，通過點對點光纖收發(fā)器傳輸?shù)礁浇耐ㄐ耪?，然后通過通信站的匯聚交換機傳輸?shù)铰范伪O(jiān)控分中心。

　　結(jié)語

　　一體化攝像機歷經(jīng)數(shù)十載的發(fā)展后，已經(jīng)打破了國外產(chǎn)品獨霸市場的局面，在很多領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用。伴隨“平安城市”、“科技強警”在全國范圍內(nèi)的普及，“智慧城市”、無人實時監(jiān)控模式愈炒愈熱，以及高清一體化攝像機等機型研發(fā)技術(shù)的不斷進步，相信一體化攝像機的應用由目前的定點轉(zhuǎn)向為全面開花亦指日可待。