星光摄像机照亮暗黑之界

□ 文/本刊记者 罗 超

上帝说，要有光，于是世上有了光。暗夜之界，星光点亮。本文围绕星光级摄像机，看其在2018年有何新表现。

星光之能

要看星光星光摄像机之能力，可以先追根溯源。星光级技术的前身是低照度技术。该技术也经历了由松下引领的宽动态革命，对于松下宽动态技术在去年该产品专题中已经做过详细介绍，在此不在重复。而记者2005年刚入行时，景阳推出的基于DPS技术的宽动态智能摄像机。这也是当时国内唯一一家以PIXIM最新的DPS技术生产宽动态摄像机的国内厂家。同期，利用这项技术开发摄像机产品的国外大厂还有GE、PELCO、BAXALL、JVC等。宽动态技术一直延续至今，也是星光级技术的有益补充，如果你细心去体验一款星光级摄像机产品，都会同时具备宽动态功能，这在之后的内容介绍中会见到。

2014年，高清和智能并行发展，为星光级技术的应用做了铺垫。可以说，该年是星光级技术元年，由安讯士“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。

那么，什么技术标准才称之为星光级摄像机呢？一般来说在微弱的光线下，一般来说照度在0.001Lux及以下称之为星光级摄像机。其优点大致有：

具有良好的图像处理功能：传统摄像机采用2D算法来降噪，而星光摄像机采用3D算法来降噪，所以其图像更加清淅，画面更细腻。

具有良好的低照度效果：星光摄像机镜头光圈的增大增加了进光量，所以具有良好的低照度效果。用户可在星光照度情况（0.0035lux）下看到彩色影像，而在多云的星光照度情况（0.0002lux）下看到黑白影像，城市中散布的背景光（比如光污染）足够产生良好的彩色曝光。

星光摄像机与传统摄像机比照射距离长、光线均匀、寿命长、发热量小。

在微光情况下，通常是是指星光环境下无任何辅助光源，可以显示清晰的彩色图像，区别于普通摄像机只能显示黑白图像。

直至今日，星光级摄像机在应用市场大展拳脚，极受用户喜爱。

看星光级摄像机各家所长

为了很好了解摄像机大厂在星光级产品中的作为和主张，我们先大致了解与星光级摄像机相关的制约因素，这些都是在研发中体现星光能力的考量点。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，究竟哪家强？

海康威视全彩黑光球型摄像机引领行业的黑光时代。根据公安机关权威统计的数据统计，接近70%的犯罪都是在夜间发生，从晚上7点到次日凌晨5点，是犯罪事件的高发期，黑夜成了罪犯的天然保护伞，目前现在技术夜间监控画面普遍存在不清晰、色彩缺失、细节模糊等现象，这也客观地反映出了现有监控摄像机夜视效果堪忧的问题，常常监控画面中完全无法获取到更多的犯罪嫌疑人和车辆的细节特征，包括体貌特征、衣着颜色、车牌、车标等，无法为案件提供更多的取证信息，因此导致取证难，破案周期长。降低了破案效率，同时也弱化夜间视频监控了对犯罪分子的威慑作用。因此进一步提升夜视监控效果的刻不容缓啊。随着深度学习，GPU芯片等软、硬件技术的成熟，安防行业也迎来属于自己的大数据时代。作为给大数据分析应用的视频图像支撑的前端摄像机，它的图像采集质量直接影响了结构化数据分析的有效度和精准度，对于夜间的视频效果，传统摄像机红外补光后造成色彩缺失、星光级摄像机在细节和亮度处理上无法达到到明亮和画面清晰的要求。因此发现当下的前端摄像机夜间成像质量已然成为安防大数据发展的短板。作为行业龙头，弥补市场的技术空白，义不容辞，为此，海康威视推出在低照度下可以实现画面“亮、彩、静”的黑光摄像机。集合多种黑科技于一身的新一代黑光摄像机，通过实验室暗箱效果和室外各种场景的对比可以发现，黑光比星光所展示出的彩色画面效果更高清，更透亮。

记者曾接触过大华4K星光级人脸识别网络摄像机，在外观设计上，延续了大华枪机产品经典黑白配色：象牙白般的机身是高贵的象征，搭配前端稍显神秘的深黑色调，使得整机充满科技感。大华的该产品基于超大靶面的1100万4/3英寸CMOS图像传感器，这不仅为4K监控提供了最为坚实的保障，并大华专利的ISP核心处理算法的配合下，使该摄像机获得4K超星光级得监控效果，能达到0. 001Lux@F1.4（彩色模式）；0.0001Lux@F1.4（黑白模式）。以超大靶面sensor为根本，来支撑4K超星光级监控效果，是大华引领技术潮流的体现之一。在实测环节，测试产品由于搭载了超大靶面的1100万4/3英寸CMOS图像传感器，拥有出色的夜间成像效果，色彩还原准确自然，画质在暗夜环境下依然清晰细腻。将该摄像机放置暗箱内，强制彩色模式下，通过不断降低照度来观察该机自动增益效果。当照度降到0.01Lux时，画面中人偶及卡片数字都可清楚辨认，各色虽有偏暗但仍具备很强的对比性。黑白模式下，画面以黑白形式呈现，人偶的脸部变得栩栩如生，反应出该机的4K星光级效果极为出色。

2018年华为“星”家族产品之一“星辰”产品在2018华为安防新品交流会（广州站）现场亲眼所见，其技术人员也为记者现场演示。据了解，该机是捍卫白与夜的精灵。黑夜来袭，监控环境面临弱光、逆光环境的考验，保障安全视界，探索黑暗之界，无损看清世界的另一面，将为安全卫士带来莫大的意义。华为“星辰”选用超大靶面背照式CMOS感光元件及超高解析度光学变焦镜头，加上自主研发的ISP图像处理引擎支持多种图像增强算法，大大提高了摄像机在全天候环境与复杂光线条件下的图像质量。“星辰”，凭借超低照度条件下充分采集细微环境光线，真正实现4K级别的“彩色夜视”。更清晰意味着更多细节，4K超高清的出现为智能的应用提供了有力保障，但巨大的带宽与存储容量需求，却限制了4K的应用。同等图像质量下，华为Extra265比标准H.265技术降低80%的传输带宽。Extra265符合“高品质、低带宽”行业应用需求，进一步加速了4K的普及。

天地伟业是星光级摄像机的先驱者，他们的多目全景高速球还继承天地家族特征2.5D曲面设计。一体化设计同时提供全景与特写兼顾大场景与特征细节，全铝轻量化金属机身设计散热性能优良。超星光TVP超视觉2.0技术是该机的黑科技，为了持续保持产品创新，该产品搭载“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。此外，产品融合了“主动安防”警戒技术，集成声光警戒，全景跟踪、局部特写、前后端联防联动，全景通道与球机通道可联动监控，警戒范围更广，震慑力更强！此外还支持硬盘接入，实现大容量前端存储，内部集成千兆数据交换机，实现多通道间快速数据交换；支持wifi探针/人车分离/违停/卡口/RFID等多种选配功能，扩展性更强，业内领先，在高端行业应用和城市安防的大场景监控应用中必将发挥其独特作用。

中星电子也是主推黑光摄像机。该产品采用210万像素1/1.2"新一代黑光级图像传感器。据了解，新一代黑光级图像传感器是中星电子倾力打造的超低照度感光芯片，该芯片具有突出的低照度能力、宽动态范围，并支持更广泛的色彩，在低至0.001Lux照度下仍能提供高达1080P的实时高清画面。 测试中，光圈F=1.2，首先日夜模式转换设置为自动，在0.1Lux照度下，画面有轻微噪声，色彩衰减情况不明显。降低照度至0.07Lux，画面由彩色转换为黑白。继续降低照度，在接近0.01Lux照度下，画面有噪声，使用降噪功能，可以明显看出画面噪声减小，整体画质有所提升。再设置为强制彩色，人偶颜色仍旧鲜明，画面清晰。该摄像机在低照度下表现不错，不愧为黑光级级摄像机。

此外，考量摄像机的画质也比不可少。我们测试中发现该机的水平/垂直解像力可达1100TVL，在同像素产品中表现较为出色，体现了SVAC算法优势;色彩还原准确，24色块测试卡没有出现偏色现象；灰阶19级。与此同时，该机利用智能SVAC芯片强大的计算能力，支持前端多元化数据采集，即与物联网传感器链接和视频智能分析，包括绝对时间、身份证、门禁卡、人脸识别、车牌、指纹、智能分析报警、OSD等监控专用信息和前端视频结构化描述信息。实现了物联网、图像智能分析等技术的融合，拓展了摄像机的感知能力和视音频数据结构化能力，实现了对人、车、物的精确可视感知和分析。

结束语

从以上来看，最近几年星光级摄像机迎来了应用的春天。其与最近流行的态势监控紧密相关，保障在大场景、小细节场景的全天候监管要求。总之，星光摄像机，星月皎洁，照亮暗黑之界，是当下安防耀眼之星。