文/張淂福 本刊資深技術(shù)顧問 

　　摘要：所謂的低照度攝像機(jī)的是指可以在較低光源、微弱光線下工作的閉路電視攝像機(jī)，可在低于正常人眼視覺響應(yīng)的亮度下正常工作的監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)。也就是說低照度攝像機(jī)是能夠在非常態(tài)照明下，仍然可以拍攝到清晰影像的攝像機(jī)，我們就稱為低照度攝像機(jī)，目前監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的對(duì)于這類攝像機(jī)的定義并無一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，因此我們只能將幾種可以在低照度條件下正常工作的攝像機(jī)稱為低照度攝像機(jī)。

　　低照度攝像機(jī)的類別選型

　　在低照度攝像機(jī)產(chǎn)品選型及工程安裝前，需先對(duì)低照度相關(guān)應(yīng)用的類別及特性有所了解，只有掌握這些特性之后，才能更好地運(yùn)用于低照度的環(huán)境。首先，低照度攝像機(jī)一般是指無需輔助燈光就能夠在低照度環(huán)境下辨別目標(biāo)，其原理是運(yùn)用攝像機(jī)本身感光組件Sensor、圖像處理單元ISP/DSP及鏡頭光學(xué)作用共同實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用這些底層關(guān)鍵技術(shù)，夜間監(jiān)控才得以實(shí)現(xiàn)，而這種實(shí)現(xiàn)方式并非只有一種類型，具體低照度應(yīng)用模式大致可包含以下幾大類別。

　　第一種: 最常用的低照度高靈敏度模式(Low-Light Mode)

　　這種低照度攝像機(jī)類型又稱低照度高靈敏度模式、強(qiáng)制彩色模式，此型攝像機(jī)大多采用Super HAD Ex-view CCD/ EXTRA -View CCD或背照式COMS為感光組件，在低照度環(huán)境下，可見光和近紅外光有較好的成像效果。應(yīng)用此技術(shù)的攝像機(jī)也稱做全天候攝像機(jī)。通常其低照度高靈敏度模式的低照度可達(dá)10-3Lux，以黑白呈現(xiàn)可達(dá)10-4Lux，搭配紅外線輔助照明則可在 0 Lux底下使用，但后兩種情況的照度不構(gòu)成Low-light低光彩色條件的要求與模式。此種監(jiān)控?cái)z像機(jī)不僅能清晰的辨識(shí)圖像，更能在低照度下維持一定噪聲值以呈現(xiàn)彩色畫面，且不會(huì)有慢速快門光累積(或稱幀累積)方式出現(xiàn)的畫面延遲拖尾(拖影)等情況。

　　第二種: 應(yīng)用市場上主流的彩色/黑白模式(Day/Night Mode)

　　這種類型又稱為D/N日夜模式，它是利用電子機(jī)械原理來實(shí)現(xiàn)的，目前市場上多數(shù)低照度攝像機(jī)皆采用此類方法。一般日夜型攝像機(jī)的低照度性能以彩色10-2Lux及ICR ON黑白時(shí)10-3~10-4Lux(0.001~0.0001Lux)的模式來標(biāo)示，有些標(biāo)示以0Lux表示，但是這樣的標(biāo)示基本沒有任何意義，因此在應(yīng)用于低照度環(huán)境下的日夜監(jiān)控時(shí)必須特別說明。此種攝像機(jī)利用黑白圖像對(duì)紅外線高感度的特點(diǎn)，在特定的光線條件下，利用電子機(jī)械線路來切換濾光片ICR Cut或直接切換為黑白信號(hào)，即在感應(yīng)紅外線后將圖像由彩色轉(zhuǎn)為黑白模式。而在彩色/黑白線路轉(zhuǎn)換的過程中，因?yàn)檫^濾了紅外光，使得畫面成像焦點(diǎn)產(chǎn)生變化，故必須搭配IR鏡頭，使日夜成像焦距保持在同一成像點(diǎn)，以避免成像模糊及色彩表現(xiàn)不正確等缺點(diǎn)，雖然這種攝像機(jī)已漸成主流，但額外搭配紅外IR濾光鏡頭會(huì)讓成本增加，且嚴(yán)格來說，此模式是主流機(jī)型，卻不是成本上最理想的低照度監(jiān)控應(yīng)用方式。

　　第三種: 勉為其難才會(huì)采用的紅外線輔助照明模式(IR Illumination Mode)

　　此類低照度攝像機(jī)又稱紅外線攝像機(jī)(IR Camera)，是目前除了日夜轉(zhuǎn)換攝像機(jī)以外，這算是最好的一種低照度與夜視的應(yīng)用方式，此類型還可分為攝像機(jī)內(nèi)置IR紅外LED燈及外掛IR紅外輔助投射燈兩種。因?yàn)镃CD 及CMOS Sensor感光組件可以感應(yīng)大部分可見光及紅外光光譜范圍，故可在夜間無可見光照明的情況下，輔助紅外光燈照明可以使Sensor感應(yīng)到更清晰的圖像。同時(shí)，攝像機(jī)的感光組件在黑白模式下比彩色模式下具有更高的光感靈敏度，可在黑暗的環(huán)境中截取到更清晰的圖像，所以在紅外燈的輔助照明下，可做到0Lux環(huán)境條件下的監(jiān)控應(yīng)用。此外透過光敏電阻的自動(dòng)點(diǎn)滅裝置，還可選擇搭配黑白或日夜型攝像機(jī)以增加低照度與夜視的監(jiān)控應(yīng)用能力。

　　最后一種:慢速快門模式(Digital Slow Shutter Mode)

　　這種低照度攝像機(jī)是一種利用DSS電子慢快門，讓光線大量通過鏡頭光圈，快門累積出較高的畫面照度效果，也被稱為光累積或幀累積方式。這類幀累積型低照度攝像機(jī)，利用慢快門技術(shù)，將因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，形成一個(gè)圖像清晰的畫面。在光圈為F=1.2-1.4的前提下，畫面能累積足夠的照度幀數(shù)，此技術(shù)可降低攝像機(jī)照度至10-4Lux。過去有專家提及這是一種笨拙但卻可靠的低照度應(yīng)用技術(shù)，但要注意，這種技術(shù)只適用于固定式的攝像機(jī)，且需求環(huán)境光線變化是溫和不會(huì)劇變狀態(tài)，否則容易導(dǎo)致畫面拖影。

　　低照度攝像機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　安防視頻監(jiān)控在各個(gè)細(xì)分行業(yè)中的需求正在逐步增長，作為前端監(jiān)控的一部分，低照度攝像機(jī)也正以穩(wěn)健的步伐跟上網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控的快速發(fā)展節(jié)奏。這些低照度攝像機(jī)大部份被用于特殊場合或者偏遠(yuǎn)區(qū)域，如一些機(jī)要區(qū)域、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、化工廠、邊檢控制、港口入境和邊防。目前上述四類低照度攝像機(jī)中真正被認(rèn)定大量采用的有兩種，一種 是“幀積累”模式和另一種“低照度高靈敏度”模式。很多業(yè)內(nèi)人士并不愿將“彩色轉(zhuǎn)黑白”的日夜模式也當(dāng)成是一種低照度攝像機(jī)模式，那是因?yàn)?ldquo;低照度攝像機(jī)”應(yīng)該是指攝像機(jī)本身所采用的組件技術(shù)必須要達(dá)到的低照度夜視功能，而D/N彩色/黑白的攝像機(jī)因受限于感光組件，本身并無法改變，只是利用線路切換及搭配紅外光的方式將功能提升，所以有人說并不能算是真正的低照度攝像機(jī)，但隨著感光組件由CCD轉(zhuǎn)向CMOS大量采用，感光組件對(duì)光線的增益效果日增，現(xiàn)在來說日夜型攝像機(jī)也算是低照度攝像機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)成員了。

　　“低照度高靈敏度”模式是市面上最常用的低照度攝像機(jī)，它在配置與性能上增強(qiáng)了背光補(bǔ)償，采用了高感光低照的CCD，以SONY公司出了EXVIEWHAD為主，如之前的低照低解，低照高解當(dāng)然現(xiàn)在SONY的配置都是采用“超感度”模式低照度攝像機(jī)正規(guī)的配置，來達(dá)成真正低照低解與低照高解的要求。

　　低照度攝像機(jī)的發(fā)展障礙有哪些?

　　這一年來，低照度攝像機(jī)盡管已經(jīng)有長足的進(jìn)步，但隨著應(yīng)用要求的不斷提高，用戶的日益“挑剔”，其弊端也漸漸暴露出來。低照度攝像機(jī)一般是不用外加輔助照明光源較多，所以不像紅外線攝像機(jī)那樣存在許多先天限制，理論上低照度攝像機(jī)應(yīng)用的場所應(yīng)當(dāng)越來越廣，但事實(shí)上，需求量并沒有想象中的多。造成這種情況的原因主要有三個(gè)方面。

　　價(jià)格因素：低照度攝像機(jī)零件質(zhì)量選擇要比普通攝像機(jī)高，還會(huì)應(yīng)用一些獨(dú)特的技術(shù)來進(jìn)一步提升低照度性能。一臺(tái)“高靈敏度”低照度攝像機(jī)的價(jià)格，要比同參數(shù)的普通攝像機(jī)高出大約40%以上。工程商和用戶對(duì)這些較高價(jià)位產(chǎn)品還沒有一個(gè)較普遍的接受度，還是需要時(shí)間去培養(yǎng)和轉(zhuǎn)變他們的消費(fèi)觀念和意識(shí)，這也大大的限制了低光型攝像機(jī)的采用普及性。

　　感光組件對(duì)光線處理不夠靈敏：剛剛提過，由于CMOS漸漸取代CCD成為低照度攝像機(jī)感光組件主流，限制低照度攝像機(jī)發(fā)展的最主要的因素仍然是感光組件對(duì)光線的處理靈敏度。如果感光組件的靈敏度不夠高，在非常微弱的自然光下就會(huì)導(dǎo)致圖像噪聲增加、解晰度不夠高、圖像層次不夠強(qiáng)。而且感光組件性能不穩(wěn)定，將導(dǎo)致低照度攝像機(jī)對(duì)被攝物體的細(xì)節(jié)分辨能力下降。

　　“低照度高靈敏度”低照度攝像機(jī)對(duì)鏡頭的要求過高：如果要將低光照的功效發(fā)揮到極致，鏡頭的F值至少要在1.2以下，因?yàn)橹挥性龃箸R頭的通光量，才能保證攝像機(jī)的感亮度。而專業(yè)人士都知道，真正F值達(dá)到1.2的鏡頭，大部份CCTV鏡頭一般無法達(dá)到，而一個(gè)稍好點(diǎn)的自動(dòng)光圈鏡頭，其價(jià)格則會(huì)高出一臺(tái)一般機(jī)種攝像機(jī)的數(shù)倍之多。

　　擔(dān)心市場需求強(qiáng)度不高：低照度攝像機(jī)雖然日趨成熟穩(wěn)定，但部份行業(yè)專家認(rèn)為配備有IR紅外線照明的低照度攝像機(jī)才是主流，高靈敏度的低照度攝像機(jī)則并非是市場主流，只有在一些特定區(qū)域如添加光源成本較高或不便于安裝光源的情況下，低照度攝像機(jī)才有機(jī)會(huì)發(fā)揮其重要的作用。據(jù)市場統(tǒng)計(jì)，超過半數(shù)以上的應(yīng)用環(huán)境，對(duì)監(jiān)控強(qiáng)度的要求并不是特別高，要求攝像機(jī)24小時(shí)保持高質(zhì)量監(jiān)控的場合也尚未達(dá)到一定份額，一般照度的攝像機(jī)就能滿足大部份應(yīng)用領(lǐng)域的監(jiān)控需求。由此可見，低照度攝像機(jī)的應(yīng)用還需要克服選用上的人為因素，才能取得較大的市場突破。

　　低照度攝像機(jī)如何成功普及

　　由于受上述多方面限制因素影響，低照度攝像機(jī)的普及正處于差強(qiáng)人意的狀態(tài)。如何才能突破障礙藩籬，這是一個(gè)值得的思考問題。多數(shù)固定焦距的低照度攝像機(jī)在白天可視光線效果良好，因?yàn)榻咕鄬?duì)波長較短的光線更敏感。晚上切換至紅外濾光，使近紅外光進(jìn)入的時(shí)候，攝像機(jī)就會(huì)因較長的波長而失去焦點(diǎn)?，F(xiàn)在一些廠商針對(duì)這種情況特別開發(fā)出一種自動(dòng)后聚焦(ABF)技術(shù)，在焦距轉(zhuǎn)換之后，可以自動(dòng)調(diào)整傳感器的位置，保證低照度攝像機(jī)的夜視效果。從彩色模式轉(zhuǎn)換到黑白模式時(shí)，具備(ABF)功能的攝像機(jī)在感應(yīng)組件位置上自動(dòng)進(jìn)行精確調(diào)焦，從而精確地實(shí)現(xiàn)后焦。這就解決了傳統(tǒng)攝像機(jī)在取下IR濾光片后影像會(huì)變模糊的問題。

　　還有通過數(shù)字噪聲抑制等方式使得低照度攝像機(jī)畫質(zhì)提升，逐步解決其存在的限制因素。任何攝像機(jī)其存在都是有一定理由的，低照度攝像機(jī)也不例外，但如何讓它能有施展拳腳之余地，卻能克服一些在使用上組件及人為選型因素，都是低照度攝像機(jī)在未來發(fā)展中還需克服的問題。也只有種種障礙的突破，才能讓低照度攝像機(jī)無論在模擬或是數(shù)字監(jiān)控中繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱。