星光技术革命点亮黑暗视界

□ 文 /本刊记者 罗超

视频监控行业依赖于图像而存在，而安全防范必须全天候的严阵以待，为用户安全护航，故此自从行业诞生以来，如何保障24小时监控所需，星光级技术应运而生，彻底点亮黑暗视界下的一切。

视频监控行业依赖于图像而存在，而安全防范必须全天候的严阵以待，为用户安全护航，故此自从行业诞生以来，如何保障24小时监控所需，星光级技术应运而生，彻底点亮黑暗视界下的一切。

全天候监控技术发展历程

为了满足全天候监控的需求，早在2001—2003年我国监控生产厂家就开始探索红外摄像机技术。从早期的摄像机加红外灯板的模组到摄像机和红外灯的一体化设计，从LED红外灯手控模式到光敏电阻自动控制，再到摄像机双滤光片的引入应用；从最基本的视频监控要求到防水防暴、强光抑制、人脸识别、隐私遮蔽等各式各样功能需求的红外摄像机出现，无不见证着我国红外摄像机技术和市场的长足发展。2004年以后，以深圳为代表的一批监控企业在红外灯方面技术不断突破，阵列式红外广泛应用。那时起越来越多的国内监控生产厂家涌入该领域，红外摄像机市场逐步形成了供大于求的局面，厂家间的竞争也愈发白热化。身处安防行业群雄逐鹿的时代，红外摄像机产品也和其他安防产品一样，有着同样的时代印记。

传统的红外补光技术虽然能在低照度下获得清晰的成像，但会失去色彩,只能形成黑白图像，而且通过红外补光，车牌这类高反光的物体很容易过曝，而衣着颜色、车身颜色、车牌等又往往都是破案的关键线索，丢失不得，所以宽动态技术出现。宽动态技术是当强光源（日光、灯具或反光等）照射下，高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，利用技术原理将明暗光线统一，还原图像本质画面。松下从1977年在全球推出了第一代宽动态CCD摄像机，但市场应用极少，直到2006年推出的第三代超级动态CCD摄像机才一鸣惊人，或许是市场需求的原因，又或者宽动态技术达到成熟阶段。从2006年起，索尼、JVC、三星等也相继推出了自已的宽动态CCD摄像机。国内那些以阵列式红外技术笑傲市场的企业也开始纷纷效仿和采用宽动态技术。

宽动态和星光级技术有着天然关联，绝大多数的厂家在技术设定时把两者捆绑。比如2017新锐产品中的大华大华股份800万全景多目星光级半球网络摄像机，在宽动态方面，产品支持宽动态范围达120dB，适合逆光环境监控。对于全景多目摄像机来说，由于不同镜头所接受的场景照度不同，对明暗明显的场合，将考验该机的多画面色彩饱和度协调能力。彩色模式下，将摄像机同时监拍室内外，发现四幅图像的衔接过渡还是比较匀和的，未见明显色度差现象。此外，该机还支持3D数字降噪、自动增益、IR-CUT自动切换、Smart IR红外补光功能，以适应全天候监控。为进一步检验该机的夜视成像能力，测试员将全景摄像机置于暗室中，自动模式下，当照度值低至IR-CUT触发值时(彩转黑：0.78Lux)，摄像机自动切换为黑白画面，随着照度的不断下降，直至照度计的最低量程——0.01Lux时，画面都是清晰可辨的。继续降低照度至画面出现噪声时(约0.001Lux)手动开启红外灯(支持自动模式)，此时视野范围内画面均清晰可辨，且180°视角范围内1—6米景深补光均匀、无过曝。

星光级技术是随着2014年安讯士 “觅光者”技术的提出，而被行业知晓。从2014年起星光级低照成像技术开始发展，并逐步成熟，越来越多的公司都推出了各种款型的高清星光级摄像机。而国内首个星光级摄像机由天地伟业2015年推出，产品的色彩还原、细节显示、微光表现力各项指标都很出众。

星光革命，由此开始。

影响星光级技术的五大关键因素

在去年记者做过一期星光级摄像机的产品专题，而此次的专题更多关注于技术，当然，该项技术都是应用在摄像机产品之中，也无法完全脱离产品谈技术。

什么是星光级技术？是指在微光情况下、通常指星光环境下无任何辅助光源，可以显示清晰的彩色图像，在夜间够彩色成像能够极大的提高监控效果的一种光学技术。同时，星光级技术具有超灵敏度图像传感器和独有的电子倍增和噪点控制技术能够极大地提高摄像机的灵敏度，并且具备24小时全彩色实时效果，有效避免了普通低照度摄像机拖尾的现象，更好的满足了对夜间高品质监控的需求，且功耗小、图像效果真实、不偏色。根据标准化的定义，当照度范围达到并超过了0.0001Lux的时候，便达到了星光级的超低照度又称为超星光。

或许行业会有人推出一些不同的概念性产品，比如幽光级技术。该技术指在微弱光或者完全黑暗的情况下可以清楚显示图像的超级监控产品。由于成本高，目前只应用在高端产品上。类似于幽光级技术的还有海康2017年推出的黑光监控技术，宣传语是缔造黑夜全彩时代。记者在2017金鼎奖评测中就有过接触，该摄像机产品有两个技术关键点。其一，采用双Sensor架构，基于人眼仿生学原理，颠覆传统成像理念，优化对画面色彩和亮度的处理能力；其二，SpecEX双光融合，海康的技术人员在当时告诉记者，这双光融合能有效提升夜间低照度环境的监控效果，实现出色的彩色图像视觉体验。

不论是幽光级技术还是黑光监控技术，其实都宽泛属于星光级技术，其原理都如定义所表述，都是在还原暗光源的彩色画面。不过，从海康的产品之中，我们也能找出影响星光级技术的几个因素。

图像传感器

摄像机产品要实现低照度技术，首先是传感器的选择。众所周知，同样尺寸的图像传感器，像素越高，分配到每个像素的感光面积就小，低照效果就越差；拿200万像素的高清摄像机来说，如果使用与30万像素模拟摄像机同样大小的传感器，那平均每一个像素的感光面积只有模拟摄像机的1/8，其高清画质在夜间反而会更加惨不忍睹。所以，星光级低照度摄像机，一般会采用靶面尺寸较大的成像传感器：相同像素的摄像机，靶面尺寸越大，每个像素吸收到环境中的光线就会越多；单位面积的进光量，是体现传感器低照度性能的决定因素。

现在的星光级产品大多使用CMOS，其工艺的不断进步，灵敏度的大幅提高，低照度和高清晰度低成本的优异表现使得CCD图像传感器的市场份额不断被压缩，并逐步淡出安防监控市场。可以说在高清和星光级双技术驱动下，行业彻底反转了CCD的市场份额，基本都以COMS马首是瞻。当然，行业在星光级技术方面依然在不断探索，龙头近期海康推出了GMOS神捕系列抓拍相机。该相机就是为了摒除夜间交通监控中的smear现象。厂家沟通中告诉记者，由于CCD的读取信号方式，成像点进行光电转化之后，需要外围电路控制电荷移动，电荷/电压转化，信号放大，转化为数字信号，这就容易造成当CCD中的一个点的感光过曝，电荷溢出时，因为CCD传感器的特殊结构（CCD的电荷在信息读取是需要以行的方式移动），导致电荷向上下流动，导致上下出现亮条。而海康威视以GMOS作为该机传感器，其单个成像点就已经完成了从光到数字信号的转换，从芯片上游层就剔除smear现象的出现，是星光级技术的一大突破。要知道夜间交通监控关乎生命，不能出任何马虎。

低照度增强算法

使用相同的处理芯片，也不一定就能取得同样的降噪、增益效果。以降噪为例，降噪处理不当，会造成图像严重的雾感、拖影、细节损失等现象。而对于伽马数值设置，过高会使画面的对比度增强、画面变暗、画质通透，但会丢失细节；数值设置过低，又会使图像变亮、细节增加，但是画质通透度变差。所以即使基于相同的硬件平台，产品的最终效果也各有不同，这其中就体现了不同厂家的研发实力。

天地伟业是行业星光级摄像机的开创者和领先者，为了持续保持产品创新，他们新锐产品搭载“超星光TVP超视觉”技术，同时辅以中白光、激光（可视激光、红外激光）多光谱全天候补光系统，感光灵敏度更高，画面信噪比更大，图像效果更逼真、细腻、通透，同时选配热成像功能，可以实现人物的热红外动态追踪，精度高于视频分析。此外还通过S+265编码技术，在确保图像画质的基础上可极大节省传输带宽和存储容量。采访得知，天地伟业超星光TVP的超视觉2.0技术，就是依赖低照度增强算法的改进。

自动增益、数字降噪辅助性技术

低照度环境还会给图像带来噪声，从而图像的清晰度，这就需要有性能足够强大的处理芯片，来搭载自动增益、数字降噪等关键技术。自动增益，能够将低照度下图像的亮度维持在理想状况，控制噪声的大小；数字降噪技术，则能够过滤噪声，显示较为纯净的画面，看清更多的图像细节。宇视的星光级1080P高清宽动态枪式网络摄像机，噪声抑制很出色，能够时刻给用户一个干净的监控画面。当评测中降低照度至2Lux时，稍有噪声出现，但并不明显，且虽经自动增益处理，但色衰不明显;降至1.8Lux时，噪声才真正显示出来，不过画面整体细节保持良好;待照度为1.4Lux时，摄像机自动切换夜晚模式，切换后，画面聚焦清晰，未出现虚焦迹象。该款摄像机星光级效果出众，关键是数字降噪得当。

滤光片

低照度监控摄像机为得到更低的照度，除摄取可见光外，也需要摄取一些红外光，而不同波长的红外光都被摄取会对摄像机成像造成一定的影响，所以，摄像机产品要实现较好的低照度技术功能，需要采用可滤除不需要的红外光而保留需要的红外光的滤光片。一般都会选用双滤光片，即白天采用不感应红外的滤光片以获得清晰的图像，夜间采用可感应红外的滤光片得到更低的照度。在转换过程中会遇到一个临界值问题，若光线恰好在设定的临界值时会来回切换，不但对成像效果会有影响，也会因为不停的机械运动影响滤光片的寿命，所以有监控企业在摄像机内增加一个延迟电路，即当达到临界值时延迟一段时间再切换，若在这个时段内，照度继续降低，则切换，若保持不变或者升高，则不进行切换。当然，目前也有不少星光级摄像机不需要滤光片切换电路，全部都是彩色图像。

大光圈镜头

镜头是摄像部件的重要组成部份，它在低照度技术应用上的作用是为摄像机聚焦被摄目标的光线，这里的低照度技术应用与技术关键在于镜头的口径越大其进光量也会越大，也就是镜头光圈的增大可有效提升进光量，从而使摄像机获得理想的低照度效果，来保障星光级技术性能。

总之，这五个因素影响星光级技术发展，但技术总归是要产品化，因此作为拥有星光级技术的摄像机，未来发展值得关注。

星光级技术的未来趋向

星光级技术凭借其强大的夜间监控效果，逐渐成为了安防技术领域的宠儿。未来，该技术如何更进一步呢？

高分辨率与星光级技术的结合是大势所趋

随着像素的提高，彩色低照效果越差，这是由于摄像机对传感器的尺寸有要求，在尺寸变化不大的情况下，像素点越多，单位像素的感光面积越小，从而低照效果越差。目前星光级摄像机以1080P分辨率为主，都是基于1/2”左右的传感器，而市面上主流的300W摄像机都是基于1/3”的传感器，自然很难在夜间获得好的低照效果，而更高像素如4K摄像机，传感器大小也不过在1/2”左右，低照效果自然也不佳。不过随着4K超高清IPC的呼声越来越高，应用越来越多，高分辨率与星光级技术的结合必是大势所趋，相信这会是星光级技术发展的一个重要方向。

华为2017金鼎奖产品是4K超高清20倍星光级红外智能网络高速球机，主打星光级超低照度，采用顶级的4/3”超大靶面CMOS感光元器件及大尺寸20倍光学变焦镜头，充分采集超低照度条件下的细微环境光线，真正实现4K级别的彩色夜视。

与智能化齐头并进

现在高清网络摄像机已经基本实现了智能化控制技术，至于在星光级摄像机植入智能分析、透雾等算法已经成为安防监控的一种趋势，在星光级超低照度摄像机上植入智能算法将会给用户带来更多的实用价值。感知型、星光级超低照度摄像机可检测视野范围内的所有运动物体，并对人车进行分类，输出颜色、方向、速度等丰富的语义信息，尤其在凌晨、黄昏光线不太理想的时段效果明显提升，其在如今海量监控视频的大数据时代将发挥无法估量的作用。此外，从技术层面上讲，设计专门的芯片来负责智能分析工作，并不会影响星光级低照度摄像机的成像效果，反而可以进一步提升摄像机的适用范围，实现对客户的增值。

前面所谈及的华为星光级球机在内置人脸识别以及多种行为分析功能，智能功能丰富，拥有业界领先的三系统三配置设计，可广泛应用于要求星光级全天候超高清稳定画质监控同时又范围较大、环境复杂多变的场所。

更低照度

目前安防行业通常将前端摄像机分为四个等级：普通级摄像机，一般照度值均大于0.1Lux；低照度摄像机，照度值范围在0.1Lux至0.01Lux之间的摄像机；月光级摄像机，照度值范围在0.01Lux至0.001Lux间；星光级的超低照度摄像机，最低照度值达到甚至低于0.0001Lux的时候。追求更低照度，无疑是业界普遍追求的目标。但，当目前的技术尚不能达到更低照度之时，能达到更好的成像效果也是低照度技术发展的一大进步。

从趋势来看，星光级技术还是紧随行业高清化、智能化的步伐，当然，自身更低照度的技术演进是事物向前发展的规律所然。可见，安防行业的高清化和智能化并未过时，依旧是主流，就如同在《从2017金鼎、新锐看2018产品趋向》一文中所谈及的，高清和智能是近五年不会褪色的行业主旋律，只是在当下，变成了超高清视界（4K）和人工智能时代。

结束语

星光级技术，点亮了黑暗视界，这是一个技术性革命，其能走多远不得而知，但这五年，它会点亮安防的新未来。