黑夜“杀手”，让夜晚不再灰白——浅析星光摄像机

□文/刘 畅

据统计，绝大多数犯罪活动都在夜间进行，夜晚昏暗的环境无疑为犯罪份子提供了最有利的掩护，让人很难快速识别出犯罪份子，这也是当前监控亟待解决的安全问题。近年来，随着平安城市、雪亮工程等项目的普及以及大众安全防范意识的提高，在人流密集的重要场所：如道路、广场、小区、校园、企业园区等都安装有监控摄像机。其中低照度摄像机以其稳定的性能、优异的夜晚监控效果，在大大小小的安防监控项目中逐渐普及开来。

星光摄像机因何而生

传统的低照度摄像机有红外摄像机和慢快门型两种，但近几年风靡安防领域的星光级摄像机受到广泛青睐。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。而慢快门型是通过降低视频帧率来提高图像亮度，对于运动物体的监控有拖尾现象，一般不常用。 所以低照度下的清晰彩色成像需求越来越多，而这也是星光级摄像机诞生之初就非常火爆的原因之一。

星光级摄像机，从字面上就可以看出，是指在光照亮度极低的情况下仍然可以获得比较清晰的图像。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，一般最低照度值均大于0.1Lux；最低照度值范围在0.1Lux至0.01Lux之间的摄像机，一般被称为低照度摄像机；而被称为月光级摄像机，其最低照度值范围在0.01Lux至0.001Lux间；当最低照度值达到甚至低于0.001Lux的时候，便达到了星光级的超低照度摄像机。市场上早期的高清网络摄像机低照度效果普遍一般，随着图像传感器技术的发展，以及图像降噪算法的提高，高清网络摄像机的低照度效果越来越好，即使在光线较暗的情况下仍然能够获得高清彩色视频图像。而且其采用了独有的电子倍增和噪点控制技术，解决了普通低照度摄像机夜间出现的拖尾现象，以满足对夜间高品质监控的需求，其优点是功耗小、图像效果真实、不偏色。

星光摄像机的制约因素

星光级摄像机主要受镜头、图像传感器、图像处理技术等多个因素的影响，要想取得较为理想的低照度监控效果，可从以下几个方面进行提升：

采用大光圈镜头：镜头是摄像部件的重要组成部份，它在低照监控应用技术上的作用是为摄像机聚焦被摄目标的光线，这里的低照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。

选用大靶面传感器：摄像机的本质就是把光能转化为电能，而量化的核心部件是传感器，传感器的作用就是把传到它身上的不同强度的光线进行光电转换，转换成电压信息最终生成数字图像信息。而传感器上接收光线的部位自然是核心中的核心。如果相同分辨率的摄像机，图像传感器靶面面积越大，则其单位像素进光量就越大，抑制噪点能力越强，低照度拍摄时，成像画质也越好。

改进传感器工艺：目前摄像机常用的感光器件分为CCD和CMOS，其主要供应商有SONY、APTINA、OV等厂家。随着高清的普及，CMOS技术得到长足的进度，之前制约其发展的低照效果有了质的提升，例如索尼最新推出的Exmor CMOS传感器，可实现低照比传统的CMOS提升一倍以上;而且各大厂家新推出的BSI背照式技术采用了和普通方法相反、向没有布线层的一面照射光线的背面照射技术，由于不受金属线路和晶体管得阻碍，开口率(光电转换部分在一个像素中所占的面积比率)可提高至近100%，因此，这类CMOS传感器的灵敏度已经与CCD传感器接近，低照度下图像效果极佳，且集成度更高，功能更加丰富、性价比更高。另外感光器件的靶面大小也对感光度有着很大的影响，尺寸越大，其感光度越好。为了使摄像机有更低的照度指标，经常会采用更大靶面的传感器。有数据显示： 1/4英寸的感光量只有1/3英寸的44%。

良好的图像处理技术：星光级摄像机发展至今，不仅有硬件技术方面的发展，对于DSP图像处理方面也有突出的表现，比如彩转黑技术、帧累积技术、降噪技术的出现使得高清低照度摄像机效果得到了很大提升。众所周知，同样感光面积的图像传感器，像素越高，分配到每个像素的感光面积就越小，一个曝光周期内的通光量就越小，低照度效果就越差。 由于高清网络摄像机的低照度下，图像噪点会比光线较好时增加很多，各种数字图像降噪算法也陆续应用于高清网络摄像机。比如，处理静态画面时使用三维滤波，而动态时则使用二维滤波。两种降噪算法结合使用，可以保留重要的细节，使图像更加平滑，并可以尽量减少运动物体形成的拖影，同时极大的改善视频的闪烁感。降噪的处理上还可以通过画面取样的细分、处理算法的提升、自动增益细化等来改善低照度摄像机的效果，处理完毕后再进行图像合并，出来的画面效果显得更加清晰和细腻。

目前在实际项目中，星光级摄像机应用最多的场景是在道路上，需要既能看清整体环境，又能抑制过往车辆大灯，看清车牌，这是星光级摄像机遇到的挑战，因为一方面低照场景下需要尽可能让更多光线进入摄像机，但另一方面需要把过亮的强光弱化，否则容易过曝干扰成像效果。而另一个难题是随着像素的提高，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1/1.8”左右的传感器，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。不过随着部分厂家4/3”靶面4K超星光摄像机的推出，高分辨率与星光级技术的结合必是大势所趋，相信这也会是星光级技术逐渐普及的一个重要方向。

结束语

在平安城市、城市交通、轨道交通、高速公路等领域，监控区域的夜间光照不足，不可能大规模安装补光照明设施。星光级摄像机可依靠自身的性能，对外部环境的依赖较小，在微弱光照下可获得较好的监控效果；如高速公路收费监控系统中，车辆进入收费站后车灯打开，环境光源与车牌的照度形成了一定的动态范围，传统摄像机无法清晰识别车牌。在无辅助补光去情况下，星光级摄像机能对收费站的车道、收费广场、收费亭的收费情况，进行观察和记录。随着平安城市、智能交通等应用的推动，星光级低照度摄像机的使用将会更加普及，受限于当前技术水平的发展，使得星光级摄像机成本偏高，客户的预算成本也会增加，这也是星光级摄像机市场的一根软肋，但无论是现在还是以后的城市、交通以及安保都需要低照度保驾护航，我们有足够的理由相信，星光级摄像机不再是高端项目的选择，它必将应用于更多的项目中，而这一天，即将很快到来！