球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)瞄準(zhǔn)“技術(shù)焦點(diǎn)”

　　隨著視頻監(jiān)控高清化的不斷發(fā)展，球機(jī)也要求高清視頻了，包括130萬和200萬像素，所以各個(gè)廠家在大力開發(fā)高清球，形態(tài)上包括了網(wǎng)絡(luò)高清球和數(shù)字高清球。其中，數(shù)字高清球傳輸?shù)氖欠菈嚎s的數(shù)字視頻信號(hào)，數(shù)據(jù)傳輸接口為SDI接口，由于其組網(wǎng)和配套設(shè)備成本較高等的局限性，目前來看使用不太廣泛。網(wǎng)絡(luò)高清球發(fā)展最快，市場(chǎng)需求量也較大，由于用戶很關(guān)注夜晚的圖像質(zhì)量，所以帶紅外的網(wǎng)絡(luò)高清球使用量非常大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了非紅外高清球?，F(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些公模的紅外高清球，除了機(jī)芯和網(wǎng)絡(luò)板，其它部分都由公模廠家生產(chǎn)，成本比較低，銷量也比較大。當(dāng)然，有研發(fā)實(shí)力的廠家，所有部分都是自己開發(fā)的，其產(chǎn)品功能、性能、可靠性、質(zhì)量、成本等都可以自己把控，并做到差異化。

　　目前，網(wǎng)絡(luò)高速球還處于發(fā)展階段，還有較大的發(fā)展空間，其發(fā)展方向?yàn)楦咔?、紅外、低照度、低碼流。首先在清晰度方面，槍機(jī)和半球，已經(jīng)有500萬甚至800萬像素的了，但是高速球還只有最多300萬像素。這里有一個(gè)瓶頸就是機(jī)芯鏡頭，這是球機(jī)的一顆核心物件。目前，機(jī)芯鏡頭還不能達(dá)到很高的像素，需要有突破;其次在紅外補(bǔ)光方面，這將會(huì)是各個(gè)廠家一直努力的方向，這在后面再來論述;再次在低照度方面，還可以有挖掘的空間，比如改善鏡頭透光率、優(yōu)化ISP和3D降噪等，也可以選擇更好的Sensor。一般來說，Sensor靶面越大，低照度效果更好，當(dāng)然Sensor的靶面要有機(jī)芯鏡頭來匹配，所以需要大力開發(fā)大靶面的機(jī)芯鏡頭，來匹配大靶面低照度的Sensor;最后在低碼流方面，由于高清碼流比較大，采用H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)，720P/30fps的碼流2Mbps左右，1080P/30fps的碼流4Mbps左右，需要的傳輸帶寬和存儲(chǔ)容量都比較大，如果可以想辦法降低碼流，將會(huì)節(jié)約傳輸和存儲(chǔ)的成本。由ITU-T組織發(fā)布的HEVC/H.265標(biāo)準(zhǔn)，相比H.264標(biāo)準(zhǔn)，其碼流可以減少一半左右，這是后續(xù)高清球編碼發(fā)展的方向。

　　紅外高清球技術(shù)討論

　　紅外高清球主要的組成部分包括接口部分、電源部分、編碼部分、云臺(tái)控制部分、紅外補(bǔ)光部分、機(jī)芯模塊等。其中，接口部分完成外部接口的隔離和防護(hù)以及部分信號(hào)的轉(zhuǎn)換;電源部分完成AC24V/Hi-PoE電源轉(zhuǎn)換為內(nèi)部所需要的電源，如DC12V、DC5V、DC3.3V等;編碼部分主要完成視頻壓縮編碼和網(wǎng)絡(luò)傳輸;云臺(tái)控制部分主要完成PTZ控制;紅外補(bǔ)光部分主要完成紅外燈的驅(qū)動(dòng)和開關(guān);機(jī)芯模塊也是球機(jī)的核心部件，完成圖像采集、鏡頭的自動(dòng)聚焦和變倍。為了集成度更高，同時(shí)降低成本，部分廠家把機(jī)芯模塊與編碼部分合并，即通常所說的網(wǎng)絡(luò)機(jī)芯，還有廠家把云臺(tái)控制部分的CPU與編碼部分的主處理器合并，整個(gè)產(chǎn)品就一顆處理器，集成度非常高，成本也會(huì)更低。

　　本文重點(diǎn)討論紅外補(bǔ)光部分，不過對(duì)于高速球來說，機(jī)芯也是很關(guān)鍵的物料，也簡(jiǎn)單提一下。近幾年，隨著高清球的普及，高清機(jī)芯需求量增大，國(guó)際廠家的機(jī)芯價(jià)格很高，所以有研發(fā)實(shí)力的廠家也投入了機(jī)芯的研發(fā)，尤其是高清機(jī)芯。經(jīng)過不斷的技術(shù)積累和開發(fā)，基本上解決了大部分機(jī)芯的技術(shù)瓶頸，并且將產(chǎn)品推向了市場(chǎng)。由于售價(jià)低，銷量大，經(jīng)過這幾年的市場(chǎng)使用和不斷改進(jìn)，不論從ISP處理、聚焦、跟焦，還是從長(zhǎng)期穩(wěn)定性，都基本上達(dá)到了國(guó)際廠家的水平，部分指標(biāo)和效果甚至超過了國(guó)際廠家，并且銷售價(jià)格低，大大沖擊了SONY和日立的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位。同時(shí)，高清機(jī)芯的鏡頭也發(fā)展很快，不再只是有騰龍、佳能、富士能這些日系廠家，國(guó)內(nèi)廠家也推出了眾多的機(jī)芯鏡頭，極大地推動(dòng)了機(jī)芯的發(fā)展。目前機(jī)芯的形態(tài)大致有2種：數(shù)字機(jī)芯和網(wǎng)絡(luò)機(jī)芯，后續(xù)網(wǎng)絡(luò)機(jī)芯會(huì)有較大的發(fā)展，可滿足大多數(shù)應(yīng)有場(chǎng)景，成本較低，數(shù)字機(jī)芯適用于要求較高的場(chǎng)合，其整機(jī)的功能可以做得齊全。

　　紅外補(bǔ)光技術(shù)

　　監(jiān)控補(bǔ)光一開始使用的是多顆小功率紅外燈，后來發(fā)展了一段時(shí)間陣列式紅外燈，到現(xiàn)在大多數(shù)使用大功率補(bǔ)光燈。大功率補(bǔ)光燈包括有激光紅外燈、白光燈、大功率點(diǎn)陣式紅外燈(圖1)。激光紅外燈的應(yīng)用方式主要是同步變焦，白光燈主要是應(yīng)用在要求彩色圖像的場(chǎng)合，大功率點(diǎn)陣式紅外燈主要有兩種應(yīng)用方式：同步變焦和分段點(diǎn)亮，下面重點(diǎn)討論一下這兩種方式。

同步變焦

　　同步變焦是紅外球中可實(shí)現(xiàn)一體機(jī)變倍過程中視角和紅外照射視角大小同步調(diào)整。能夠?qū)崿F(xiàn)此功能的紅外照射角度調(diào)整的光機(jī)電一體化機(jī)構(gòu)，稱為紅外球同步變焦模組，具體實(shí)現(xiàn)方法稱之為紅外同步變焦功能(圖2)。紅外同步變焦功能可以應(yīng)用在紅外高清球、紅外高清槍機(jī)上面。

　　紅外同步變焦有如下優(yōu)勢(shì)：

　　可實(shí)現(xiàn)紅外燈照射角度隨著攝像機(jī)視角變化同步調(diào)整，使得有限的補(bǔ)光能夠更集中，提高紅外照明效率;

　　照射均勻，解決手電筒效應(yīng);

　　同等照度情況下，功率低，有利于提高紅外燈使用壽命;

　　相同補(bǔ)光功率情況下，效率更高;

　　使用大功率少數(shù)量的燈，整個(gè)變倍范圍內(nèi)無照射死角。

　　不過紅外同步變焦研發(fā)技術(shù)要求較高：

　　需要機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)、光學(xué)配合，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工及裝配要求高;

　　軟件處理復(fù)雜，需要一體機(jī)變倍同補(bǔ)光同步進(jìn)行;

　　針對(duì)不同機(jī)芯，需要進(jìn)行光與圖像的匹配測(cè)試;

　　每臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)時(shí)需要校準(zhǔn)光軸，對(duì)生產(chǎn)要求較高。

　　分段點(diǎn)亮

　　分段點(diǎn)亮方式是把多顆大功率點(diǎn)陣式紅外燈分為2組或者3組，這幾組紅外燈使用不同角度的聚光燈杯，包括大角度、中等角度和小角度，當(dāng)機(jī)芯鏡頭在不同的焦段時(shí)，開啟不同角度的紅外燈(圖3、圖4)。

分段點(diǎn)亮方式有如下缺點(diǎn)(圖5)：

　　不同倍數(shù)中間段存在補(bǔ)光不足或者不夠集中的問題;

　　不同組燈切換過程中，光線變化較大對(duì)聚焦有影響;

　　部分焦段具有手電筒效果;

　　部分焦段光線利用率較少。

　　當(dāng)然分段式點(diǎn)亮設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用都比較簡(jiǎn)單，所以目前使用的廠家較多。

　　同步變焦模組的組成

　　同步變焦模組由紅外燈板、透鏡、步進(jìn)電機(jī)組成，燈板上使用一顆或者多顆大功率紅外燈，紅外波長(zhǎng)可以是808nm、850nm、940nm其中的一種，但需要注意，波長(zhǎng)越短，越接近可見光，Sensor的感應(yīng)效果更好，所以如果不要求無紅曝，就盡量使用短波長(zhǎng)的紅外光。紅外燈板固定，燈前面有一片光學(xué)透鏡，透鏡專門設(shè)計(jì)并開模，光路與紅外燈相匹配，可以通過控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來改變透鏡與燈之間的距離，從而改變紅外光的出光角度，達(dá)到出光角度連續(xù)，光線在畫面中分布均勻。

　　在模擬監(jiān)控時(shí)代，一線品牌機(jī)芯主要是SONY和日立，還有一些韓國(guó)、臺(tái)灣的二線品牌，后來國(guó)內(nèi)也有很多更低端的模擬機(jī)芯廠家，但是SONY和日立的領(lǐng)導(dǎo)地位始終沒有被改變。當(dāng)然，隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)機(jī)芯的整機(jī)也可能開發(fā)出強(qiáng)大的功能，國(guó)內(nèi)廠商的研發(fā)力度也越來越集中，所以以后機(jī)芯的技術(shù)發(fā)展很是值得期待。