架构星光技术的像机成为行业新宠

□ 文/龚文君

显而易见，监控的核心时间点是在夜间，夜间正是突发事故和危险的高峰期。传统监控网络摄像机采用红外或者白光补光的方式解决夜间监控问题，虽取得一定成效，但都因各自技术的缺陷而不能从根本上解决问题。如红外补光丢失了色彩和细节信息，而白光补光只能实现局部补光以及随之带来的光污染问题。人们急需一种能在夜间保障其人身财产安全的监控技术，就此星光摄像机应运而生并很快成为主流，在近几年的安防市场中备受青睐。

什么是星光摄像机

星光摄像机其实就是微光摄像机的一种，是指在星光环境下，无需任何外置的辅助光源，也可以呈现出清晰的彩色图像。一般以低照度的照度值来判定其是否为星光级摄像机，照度值是指传感器单位面积上接收到可见光的光通量，通常以Lux（勒克斯）为单位，在安防行业中，通常用“最低照度”值来衡量摄像机的感光度和灵敏度，虽然没有专门的行业规定，但各个厂家约定俗成最低照度低于彩色：0.002Lux@F1.2，黑白：0.0002Lux@F1.2的摄像机称为星光摄像机。当然，参数只是一方面，最终的效果才是根本，而星光摄像机不管是在夜间图像的清晰度上，还是色彩信息的还原上，相对传统摄像机都有明显的优势。

星光摄像机的技术原理和技术难点

星光摄像机的效果主要是由镜头、图像传感器、后端图像处理技术三大技术决定，要想取得理想的星光低照度监控效果，需要对着三项技术进行不断提升。对于镜头来说，提升星光效果最有效的方式就是提升进光量，而有效提升进光量的方式就是采用大光圈镜头，故一款效果优异的星光摄像机必定采用大光圈镜头；当然，我们不可能无限制的提升光圈值，大光圈也有一定的问题，主要是会导致景深变小和强光过曝两个问题，景深小就会导致监控画面远处和近处场景虚焦看不清，强光过曝就会导致如监控中有车灯照射就会画面一片白，而这时候就需要各个厂家通过自己的图像算法来优化。而且大光圈还会带来摄像机成本的增加，越是大光圈的镜头，成本也是几何倍的增加，这对于几百元一个的摄像机来说还是难以承受，还有就是现有技术还只能实现F1.0量级的大光圈，存在一定的技术壁垒需要突破。

对于传感器来说，提升星光效果最有效的方式就是加大靶面（传感器的尺寸）。相同分辨率的摄像机，图像传感器靶面面积越大，则其单位像素的感光面积就增加了，从而变相增加了单位面积的进光量。和大光圈一样，大靶面的传感器也会带来成本明显的提升，不仅是传感器本身成本的增加，相应配套的镜头的成本也会大大增加，这就限制了大靶面的普及和销售。其次是传感器工艺的变更，比如背照传感器技术。传统的CMOS传感器每个像素点都要搭配一个对应的A/D转换器以及对应的放大电路，而这部分电路会占用更多的像素面积，直接导致光电二极管实际感光的面积变小，感光能力变弱。背照传感器技术通过改善传统CMOS感光元件内部的结构，让感光层的元件调转方向，光能从背面直射进去，避免了在传统传感器结构中，光线会受到微透镜和光电二极管之间的电路和晶体管的影响，从而显著提高光的效能，大大改善低光照条件下的拍摄效果。

最后是优异的图像处理技术，比如前面提及的聚焦和智能曝光算法；比如相比于传统的2D降噪技术(帧内降噪)，采用3D降噪技术（帧间降噪）就可以使图像噪点明显减少，图像会更加清晰透彻，从而显示出比较纯净细腻的画面；比如自动增益，能够将低照度下图像的亮度维持在相对理想状况，合理控制噪声的大小。

架构星光技术的摄像机的误区

首先星光摄像机只是一个形容词，并不是说星光摄像机已经实现在星光下就可以看清并呈现彩色，目前星光摄像机最适合的应用场景是城市户外夜晚（有点路灯），酒店走廊（昏暗，但是有一点光线），地下停车场（也是光线暗）等，千万不要把星光摄像机用到郊外农村无光或极弱光下，否则不能充分发乎星光摄像机的价值（不能实现彩色画面的监控）。但相比通用摄像机，监控黑白效果还是会有明显提升，如果在郊外农村使用星光摄像机，如果要保证彩色图像，建议另外增加一个白光灯作为微弱补光。

其次，星光摄像机画面越亮越好的说法也是错误的，很多伪星光摄像机就是采用延长曝光时间来保证图像亮度（很多厂家的宣传广告画面就是采用类似方式），这种方式只能保证在静止监控画面下的图像效果，一旦运用在有移动物体的场景下，特别是快速移动的物体，会带来严重的拖影，根本没有实际使用价值。还有类似加大数字增益也是相同的原理，在放大亮度信号的同时也放大了噪点信号，由此会产生大量的噪点。

第三，星光摄像机像素越高效果越好，随着星光越来越火热，各个厂家不断吹嘘高像素星光摄像机，但实际上很多高像素星光摄像机夜间彩色效果还不如低像素星光摄像机，原因就是前面原理中讲到的相同传感器尺寸下像素点越少，单位像素感光面积越大。故而低噪效果更好，所以要保证高像素星光摄像机的效果，就需要加大传感器尺寸来保证星光效果，由此也会带来成本的急剧提升。

星光摄像机渐成市场新宠

星光摄像机在安防行业内现有比较主流的发展方向是不断提升优化自身的星光效果并加载人工智能。

关于优化自身的星光效果，现在业内主流有三种方式：增加补光成为一体化设备；采用高像素大靶面传感器的4K星光；采用双传感器技术的极光摄像机。增加补光设备应该是现在业内最常用的一种方式，如前文所说，在微光或者无光环境下，星光级摄像机结合星光级镜头、白光灯补光，可以很好的解决星光效果不佳的问题，同时也解决了大功率白光灯的光污染和周围补光效果差的劣势，因此实现在一些恶劣场景下有效监控。4K星光就是4K高清技术结合星光技术，4K高清拥有800万像素超高分辨率，清晰度是传统200万像素摄像机的四倍，在加上星光级的低噪效果，很好的解决了夜间监控的现实难题。现在主流的4K星光摄像机都是采用4/3英寸大靶面的传感器，相较于现在业内主流的200万1/1.8英寸的传感器，不仅提高了分辨率，而且在低噪效果上也提升了不少。极光摄像机采用一个镜头两个传感器的方式，采用分光棱镜将同一画面投射到两个传感器上，其中一个传感器采集色彩信息，一个传感器采集亮度信息，然后把两个传感器的信息通过软件算法进行一一叠加，从而提升低照度效果，并在此技术上结合红外补光，较好的解决了星光效果的优化和红外补光丢失色彩信息的缺点。当然，此三种现在都还受限于成本和技术的不成熟而还未大规模运用。

至于加载人工智能其实也已发展了很久，现在比较成熟运用的有道路监控车牌抓拍，一般情况下汽车的号牌在红外灯照射的情况下会反光，导致车牌处过曝，根本就看不清车牌，传统的方式是采用白光补光来解决，而刺眼的白光不仅带来光污染，还带来安全隐患，星光技术就很好的解决了此问题。再比如人脸识别运用+星光技术也是很好的解决了夜间不能抓人脸的技术难题。当然，人工智能更大的优势是数据结构化，故在星光级照度摄像机上植入人工智能算法将会给用户带来更多的实用价值。如通过智能算法，星光级摄像机可将检测视野范围内的所有运动物体进行识别，并对人车物进行分类以及数据结构化，输出人的性别，年龄，衣服颜色等，车的车型，车标，车身颜色等丰富的结构化语义信息，尤其在凌晨、黄昏光线不太理想的时段效果明显提升，故星光摄像机结合人工智能会在如今海量监控视频的大数据时代发挥出无法估量的作用。

其实还有一个永恒不变的方向就是不断降低星光摄像机的成本，毕竟星光级摄像机能否被市场广泛接受，能在市场中卖多少、占有多少市场份额、能走多远、走多块很大程度上都跟其成本息息相关。对于客户来说，能花更少的钱获得更好的效果，何乐而不为呢?

总而言之，星光技术的发展就是为了实现在夜间还能清晰还原低照环境下的图像细节，从而实现保证一天24小时的彩色监控效果。为了实现这一目标各大厂商都在不同的方向上进行着不懈努力，至于星光摄像机未来到底如何，让我们拭目以待。