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摄像机机芯


一体化摄像机一般专指镜头内嵌、可自动聚焦的摄像机,它与球形摄像机(球机)共用一个核心部件一体化摄像机机芯(简称一体机机芯)。相比普通摄像机,使用一体机机芯的摄像机监控范围广,特别是球机,它能实现全方位更远距离监控。普通摄像机稍远距离监控只能达到“看得见”程度,而球机在这个距离可以表现到“看得清”,高清球机更是将这个效果表现到极致。
  机芯为核心部件
  一体机机芯主要由两大部分构成:光学部分和软硬件(自动聚焦板等)。光学部分是一体机机芯的成像系统,通常称一体机镜头。一体机镜头是一体机机芯的核心部件,它直接影响一体机机芯的品质。一体化摄像机机芯的研发和生产厂家基本上采用外购一体机镜头方式。
  评判一体机镜头品质的标准大致可以分为:光学性能、关键部件的稳定性和一致性。光学性能主要参考各种光学倍数下镜头的解像力;其它还包括鬼影、紫边、色散等问题严重性。关键部件主要包括:光圈、马达和滤光片切换等部件。而根据一体机镜头的品质大致可以分为三档:日系镜头、台湾镜头和国产镜头。日系镜头一般光学性能和稳定性表现都不错,但价格较高;台湾镜头性价比相对较高,但光学性能特别是高倍解像力表现不足;而国内厂家一体机镜头在稳定性和一致性上表现不太理想。
  另外,滤光片也是这个光学系统的一部分,但有时并不被摄像机研发公司所重视,品质高的滤光片对图像色彩和降低镜头光学上的不足有独特作用。与光学系统相关的就是感光器件,由于一体机机芯应用的监控环境通常需要全天侯监控,因此对白天、晚上均有同样的要求。要兼顾白天和晚上的效果,目前一般会选用CCD,而由于标清镜头光学上的孔径只有1/4英寸,因此,标清一体机机芯一般都选取1/4英寸的SONY CCD(特别是低噪度表现优越)。对于高清一体机机芯则需要根据镜头孔径选取感光器件。一直以来,CMOS成像器件在速度与低噪度方面表现要逊于CCD,而最新的CMOS在低噪度方面则有很大提高。综合性价比来看,CMOS在后端DSP处理和发热方面也相对优于CCD;因此,CMOS传感器用于高清一体机机芯(特别是数字高清一体机机芯)将会越来越多。除光学系统外,软硬件系统是一体机芯开发公司主要开发部分,其核心技术在于自动聚焦。
  自动聚焦是优势
  与普通摄像机相比,一体机机芯主要差异在于自动聚焦(Auto Focus),这也是限制国内一体机机芯发展的瓶颈。聚焦速度和效果的好坏,直接影响到用户对监控现场图像的抓取和录像。好的产品,可以一次性准确聚焦;反之,在聚焦时会来回往复,需要3、4次才能定焦,更有甚者聚焦不到“最清晰点”。
  自动聚焦这一技术,成为厂商亟需解决的技术难题。目前自动聚焦的实现方式有主动式和被动式两种,其中主动式自动聚焦比较简单,成本低,但控制没有被动(安全急救网www.aqjj120.com式自动聚焦方式灵活,聚焦精准度及效果较差;而被动式自动聚焦一般采集视频信号,计算能量边缘算子或者提取高频分量,控制上很灵活并且算法上占优势,聚焦精准度较好,包括高对比度场景和低照度场景的聚焦。
  自动聚焦的性能可以从聚焦精准度、聚焦速度、定焦时的稳定性三个方面来评价。聚焦精准度主要表现在各种环境下、各种光学倍数下聚焦精确度。各种环境主要在于各种照度特别是晚上的聚焦精度,在有灯光场景和照度1Lux以下的场景中,不同的聚焦算法聚焦准确性差异较大,这是聚焦算法的一大难点。
  聚焦速度主要表现为在各种光学倍数下,各种场景切换后聚焦的速度。由于在最大倍数下焦距最长,因此简单的测试方法是在镜头光学最大倍数下,近处物体(如3米远物体)聚焦完成后切换到远处物体(如50米远物体)聚焦完成所用时间。性能好的AF算法能够迅速一次定焦,而采用差AF算法“图像来回摆动”给用户感觉是多次聚焦,且聚焦速度较慢。定焦时的稳定性由于较难测试而不被用户所重视;在光学倍数较大时,性能差的AF算法监控有较大物体移动的场景时会经常来回聚焦,特别是晚上,有时会发现监控场景长时间处于模糊状态和不稳定状态。
  向高清化、网络化发展
  安防行业正在经历“数字化、网络化、高清化、智能化”的方向发展,一体机机芯也不例外。一体机机芯在迈入高清时代,日韩公司率先推出了高清机芯产品。2010年索尼和三星主推模拟高清机芯,而日立公司则推出了数字高清机芯。模拟高清相对D1标清来说,参数指标上由原来480TVL提升到640TVL,而数字高清则由原来D1的40万像素提高到百万像素。因此单从参数指标上可以看出模拟高清比标清整体效果提高了1/3,而数字高清提高了1倍多。


另外,由于模拟高清在传输过程中的损耗较大,而百万高清仅仅是高清最低的要求,因此,数字高清在图像效果上要比模拟高清有更大优势。因此,数字高清一体机机芯必将是一体机机芯发展的主要趋势。
  结语
  回顾高清一体机机芯的发展历程,2009年腾龙率先推出高清镜头,尔后其它日系镜头公司也都推出或研发高清镜头。2010年,日立推出基于该镜头的第一款数字高清一体机机芯,紧随国内一些厂家推出了同类型自主研发的高清一体机机芯。高清一体机机芯相比标清机芯除光学部分的技术瓶颈外,自动聚焦是一个主要的难点。对市场主流高清一体机机芯研究发现,高清机芯白天的整体图像效果与标清机芯相比有明显提高,但晚上的总体效果改善不明显;同时聚焦速度也总体比标清一体机机芯要慢点。由于使用一体机机芯的产品(特别是球机)性价比会显著提高,因此这些产品必将会得到更快发展!另外,国内一流安防企业通过多年的研究,已经完全掌握一体机机芯自动聚焦等核心技术(如LTOE高新技术研究所等),相信我国一体机机芯不久必将在市场占有一席之地。

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