百万高清摄像机原理及技术应用

    传统模拟摄像机是无法满足高清图像采集需求，高清已经成为当今视频监控的发展主流。要实现高清视频监控，离不开高清摄像机，因此，百万像素高清网络摄像产品应运而生。

    百万高清摄像机原理

    百万像素高清摄像机，指基于IP网络传输的高清摄像机。以一般的高清网络摄像机构成为例介绍，从前往后依次包括镜头、红外截止滤光片、图像传感器、时钟同步与图像处理编码压缩主板、电源及I/O网络接口板，如图1所示。

    在所有的构成部件中，最为关键的是图像传感器，其指标优秀与否直接影响到高清网络摄像机画面效果。目前市场上大多数高清网络摄像机均采用CMOS作为感光元件，但与CCD传感器相比，其在高清网络摄像机上的应用具有优势。

    高清成像效果

    目前，百万像素摄像机只是行业内对高清网络摄像机的一个统称，泛指百万及百万以上像素的高清摄像机，但业界尚未形成相关的标准来定义百万像素和高清的关系。所谓百万像素，指应用于网络摄像机的传感器的有效像素数达到百万以上，与此同时，此高清摄像机所输出的现场画面分辨率至少为1280×720。当今主流的130万像素、200万像素，甚至更高的500万像素均属于百万像素级网络摄像机，输出的图像分辨率一般至少为720P(1280×720)或1080P(1920×1080)。

    从当前行业的公认标准来看，视频画面分辨率达到720P为高清是最基本的要求，甚至有些场合将其称之为准高清，因为从严格意义上讲，1280×720的分辨率尚未达到百万像素。而通常被公认的真正高清图像，其视频画面分辨率需要达到1920×1080，即通常所说的1080P。

    从以上所提及的视频画面分辨率上不难看出，百万像素高清摄像机所提供的视频画面是传统模拟摄像机时代所不能比拟的，清晰度的提高，图像视野的扩大，均为其最突出的优势。

    一方面，从分辨率数值对比来看：从表1的分辨率比较中我们可以清楚地看到，百万像素高清摄像机提供的画面分辨率有着数倍于传统摄像机清晰度的优势。

    除了视频画面清晰度的高低以外，实际应用中还有一个很重要的要求，即视频画面的实时性，以PAL制式来看，需要达到25帧/秒的传输及播放帧率。当前市场上大多数百万像素摄像机在720P或1080P分辨率格式下均能够达到25帧/秒的高帧率传输及呈现，而达到2560×1920分辨率的超高清摄像机大多还无法实现此种清晰度下的实时呈现。

    在行业实际应用中，客户往往有着非常明确的监控需求，以及所要实现的目标要求。如银行柜员监控，需要能够清晰地看到每一个前来办理业务的人员的面部;交通道路监控，需要能够清晰地看到每一个车道上通过的车辆的车牌号。为了满足这些特殊的需求，采用传统的非高清监控方式，往往需要针对每一个柜员，每一个车道单独安装一台摄像机，以期缩小监控视野，保证监控目标的清晰度。

    在应用百万像素高清摄像机之后，可以使用一台百万像素高清摄像机代替多台非高清摄像机，并能达到需要同时使用多台传统摄像机才能达到的监控效果。

    三车道的道路监控，如果使用标清D1分辨率格式的摄像机进行监控，如需获取到清晰的车牌信息，就需要分别针对每个车道安装1台摄像机，共需要3台摄像机才能将整条车道完全监控。

    而使用百万像素高清摄像机，可以实现一台摄像机对三车道的监控，并且获取清晰的车牌信息。

    高清监控方案中，对3车道仅需要1台高清摄像机就可完成监控

    百万像素高清摄像机的出现无疑给广大使用者带来了极大的便利，也使得安防监控质量有了很大的提升，同时也在不断使传统模拟摄像机加速退出现有市场。面对百万高清摄像机的诸多优势，那么在实际应用中是否要选择像素越高的摄像机监控效果就越好呢？其实不然，百万像素高清固然带来画面质量的提升，但同时也应该看到其带来的网络带宽占用的增加，以及存储空间需求的提升，比如1080P的高清画面，在清晰度方面五倍于标清D1画面，D1分辨率传输下，仅需要1M的带宽即可进行传输和存储，而1080P的高清传输则需要高达6M的码率进行传输和存储。因此，在使用百万像素高清摄像机进行高清监控方案建设的时候，需要综合考虑传输和存储的投入，选择最合适的高清摄像机，而并非一味的选择五百万像素，甚至于千万像素产品;或许130万、200万像素的摄像机才是最适合的选择。

    使用百万像素高清摄像机，还必须选择合适的摄像机镜头，首先需要选择使用高清镜头，如果仍然使用普通的非高清镜头，那么将无法呈现出百万像素高清摄像机超高分辨率的效果。此外，根据所应用的环境和所要监控的目标及要求的不同，还要选择合适焦距的镜头，也就是要选择满足监控视野目标要求的镜头。如选择广角镜头，则其可视角度大，一般在90度以上，适合监视大范围、短距离场所;选择长焦镜头，则其可视角度在20度以内，主要用于大范围超远距离的环境监视，如森林、体育场、海港等高空望监视。

    智能化应用

    纵观现在市场上的百万像素高清摄像机，不乏具有各类不同特性的机型，而其与高清摄像机搭配的特色功能莫过于与智能视频分析技术的融合，成为高清摄像机发展的一大亮点，如智能高清网络摄像机，将智能视频分析技术与百万像素高清进行了有机的融合。

    智能视频分析技术已成为当今技术发展的主流方向，不断得到广泛的应用，此处不对此项技术做具体剖析，而主要探讨智能与高清双剑合璧的应用。

    百万像素带来了高清晰的画面质量，将视频监控带入了高清监控时代，但并未改变传统的被动监控模式。

    现场图像的高清显示固然给监控人员带来了高清画质的直观体验，但仍无法改变众多监控现场的无重点观察、容易遗漏等被动局面。再清晰的画面，如果在出现警情的时候不能给监控人员第一时间收到警讯，其有效价值将大打折扣。利用智能视频分析的预警功效，第一时间将有警情的高清画面弹出，其监控效率将大大提高。

    在传统模拟摄像机监控时代，由于摄像机本身并不具备进行视频处理的DSP芯片，因此无法将智能视频分析算法嵌入到摄像机内，要想实现智能监控，需要额外增加智能视频分析设备，成本和维护投入均较大。而百万像素高清摄像机的出现，其本身具有视频处理的DSP芯片即主板，因此可以实现将智能视频分析算法嵌入到百万像素高清摄像机中。由于智能视频分析算法将占用DSP的处理能力，为了不影响视频压缩，保证视频画面的质量，同时也为了保证智能视频分析算法有充足的运算资源以达到较高性能，部分厂家采用双DSP芯片的方式，一方面保证百万高清画质，另一方面保证智能视频分析的性能。

    基于百万像素摄像机，为智能视频分析功能的实现奠定了基础。众所周知，智能视频分析是基于图像进行分析事件，其前提就是图像，图像清晰与否直接决定了事件分析的准确性。百万像素的出现为智能分析提供了高清晰的图像来源，智能视频分析的精度也因此而大幅提升，目前已经有厂家将智能视频的分析精度精确到了3×3像素大小，如果没有一个高清晰的视频源做保证，这样的精度是很难实现的。百万像素高清摄像机的出现，不仅为我们肉眼监控提供了高清晰图像，同时为设备智能分析提供了高清晰度分析源，便于监控智能化。

    在应用方案上，如前所述百万像素高清摄像机需要高带宽来承载其高清图像的传输，如果所有高清图像均需要传输到监控中心供值机人员监控，无疑将占用大量的网络带宽资源，而高清摄像机与智能技术的融合，使得前端摄像机可以自动过滤高危事件，将过滤后的预警图像有选择的传输的监控中心，这样一来将大大降低高清监控方案对网络带宽资源的依赖，大幅降低高清解决方案的整体成本。

    百万像素和智能分析无疑是现今监控市场的两大热门主题，二者合二为一，无论从产品形态还是从方案实用性上来看，都是最高效和实用的组合，笔者认为其也必将是未来的发展方向。

    结语

    随着视频压缩技术的发展，芯片技术的提升，视频压缩比不断提升，同样画面质量的情况下所耗用的网络带宽以及所占用的存储空间将降低，届时百万像素高清摄像机的应用将更普及，500万甚至千万像素高清摄像机也势必将逐步得到普及应用。