突破枪机困惑 展露一体化监控摄像机新生

    随着视频图像处理技术和网络技术的不断成熟，以及IT相关产业的推动，IP高清监控依靠自身高清画质优势，逐步占据安防高端市场主导地位。尤其在平安城市建设、城市道路监控、大型场馆、金融银行换代改造以及港口、机场、电力等行业(领域)获得高度认可。而在高清网络监控系统中，摄像机扮演着重要角色，也是安防厂商投入重金研发的产品之一。

    就目前而言，安防监控领域应用的高清网络摄像机主要包括枪式摄像机、一体化摄像机、半球摄像机和高速球摄像机等类型产品。而据调查统计，目前高清摄像机产品中，由于高清一体化摄像机等机型研发技术尚未普及，枪式高清摄像机凭借自身“发家”早、技术成熟以及性价比优势占领大部分中低端市场和部分高端市场。纵然如此，其存在的诸多弊端同样不容忽视。

    枪型摄像机带来的一些思考

    聚焦点偏移问题

    枪式摄像机主要由机身和镜头两部分组合而成，其高性能的实现有赖于机身与镜头的完美搭配。而在监控项目中，如果用户或施工人员的专业技术不足，对摄像机与镜头搭配不合理，就会影响摄像机性能。在安防应用中，用户多采用手动调焦镜头，然而手动调焦依赖于人眼目视检测和手动调节，其效率低下、精度不尽人意；此外，枪式本易受到潮气、振动、热胀冷缩等环境因素干扰大，在使用一段时间后，极易出现摄像机聚焦点偏移造成图像模糊、不稳定、老化快等问题。

    背焦(后焦)调节问题

    由于摄像机图像传感器靶面不平以及不同镜头之间后焦距的区别，因此枪机背焦(后焦)调节技术，一直是固定枪型摄像机厂商需要重点研发的技术。早期的背焦调节方式主要是后焦调节圈+后焦锁定螺杆的方式，锁定螺杆在多次调节后很容易损伤调节圈的螺纹，影响后焦的稳定；另外一种方式是斜面自锁式调节机构，通常采用塑胶材料，在极端环境下也可能由于热胀冷缩等原因造成后焦跑焦。此外，一些新的方法是采用更加精密可靠的螺纹调焦机构，但在模具上厂商投入的成本会更多。

    对于枪机使用一段时间后跑焦的问题，用户和厂商各有解决之道。用户(或工程商)通常只有派技术人员到现场进行处理，就网络监控而言监控前端设备分布较远，这也将大大提高监控维护成本；而少数厂商也在摄像机中加入电子后焦调整机构，但这无疑也增加了摄像机的成本。

    夜视问题

    无论是用户还是厂商都希望摄像机在白天和夜晚都能够带来同样优异的画质。为了实现全天候监控，除了期待高敏高感度的图像传感器，厂商不得不采用多种手段来提升低照度环境下的图像效果。例如采用日夜型红外截止双滤光片自动切换机构、彩转黑、3D数字降噪、数字宽动态图像增强等技术。然而，无论无论产品将最低照度值标至多低，夜间监视效果与白天还是有一定差距，要想获取清晰画面，还需对场景补光(白光、普通红外或激光夜视)。就枪型摄像机而言，镜头对于摄像机低照度的影响也是举足轻重，百万像素的高清网络摄像机除了应当选择相应的百万像素镜头以外，镜头的镀膜和曲光率的设计也应符合相应标准。当然，低照度环境表现优异的图像传感器、配上稳定可靠的滤光片机构、外配一款好的镜头、再加上优异的图像增强算法，这些都是一个好的枪型摄像机产品需要具备的要素，但这些都又不是低价产品所能承受之重。

    变焦问题

    现在市场上使用的枪机镜头很多是自动光圈手动变焦型，焦距为几毫米到几十毫米，焦距需要在安装时调整到位并锁定。所以枪机通常只能用到监控范围有限的场合，比如室内、楼道、停车场出入口等监控位置相对固定的场所。当然，枪型摄像机也可以采用电动变焦镜头，但电动镜头工艺复杂，生产成本高，所以目前市场上的电动镜头都比较昂贵。镜头生产厂商采用镜头严格选材，采用航空航天技术中常用到的合金材料，使用高精密数控机床一次性加工而成，镜头与镜头座连接部分采用锁紧环紧固等方式来提高摄像机稳定性。这种变焦镜头通常用于森林环境和防火监控、边防等特殊场合应用，普通用户实难普及。另外，由于网络延时问题，电动变焦后带来的手动控制二次聚焦问题无疑又是一大难题。

如何走出枪机的困惑

    基于上述枪机无法回避的问题，镜头一体化的摄像机解决方案应运而生。一体化摄像机现在专指具有光学变焦和自动聚焦镜头内置一体化的摄像机。与枪机相比，一体机芯精密度和技术要高很多，模拟监控时代的一体机机芯均被日韩企业(如三星、日立、索尼等)所垄断。近年来，随着IP高清技术发展，国内少数颇具研发实力的企业已经掌握了高清一体机机芯核心技术，如艾普视达、海康威视、浙江大华、奥尼克斯以及神州数码等。由于一体机技术精度要求较高、研发生产成本高，所以目前市场上高清网络一体机价格偏贵。高清一体机产品多用于平安城市、道路监控、机场、广场等场所。

    一体化摄像机技术优势

    与传统枪型摄像机相比，一体化摄像机集成度高体积小巧、美观，安装非常简单。同时，高清网络一体机可以通过网络实现变倍、聚焦和光圈控制，一次安装几乎不需要到现场进行后期维护。此外，高清网络一体化摄像机清晰度更高、监控范围更广，不需要另外选配高清镜头，综合性价比高。

    与枪机等普通机型相比，一体化摄像机的特色主要体现在自动聚焦上，其使图像画面随时保持清晰。那么，何为自动聚焦？简而言之，自动聚焦即是通过摄像机自动聚焦算法检测图像主物面的位置，并根据其在摄像机图像传感器上的聚焦情况自动调整镜头的聚焦马达，这样往复多次，即可实现变焦控制全程自动聚焦，图像在变焦过程中随时保持清晰。如此一来，传统枪机跑焦和手动调焦维护的时代便一去不复返了。

    变焦控制和自动聚焦技术提高了监控效率，当图像画面发生变化(如有物体移动或变焦控制时)需要重新聚焦，自动聚焦镜头可以自动执行聚焦操作，让整个画面始终保持焦点准确图像清晰。比如我们控制镜头变焦让画面场景中的人物由远及近时，自动聚焦算法会不断分析当前画面并发出镜头自动聚焦命令，使人物在画面中始终保持焦点清晰。而如果一体化摄像机安装在云台上，同样可以根据云台的操作完成自动聚焦。自动聚焦主要技术难点是要提高聚焦的速度和精度，精度将影响后期图像处理的结果。场景中被摄物体与拍摄的距离时刻发生变化，快速的聚焦十分必要，聚焦速度的提高，取决于聚焦评价函数的选择。聚焦评价函数用来衡量图像聚焦与否。基于图像处理的自动聚焦算法中常用的聚焦评价函数的类型大致有：灰度梯度函数、信息学函数、频域函数、统计学函数等。用微积分法对图像进行梯度变换，将图像的边缘增强处理，使聚焦图像与离焦图像的评价函数值更加分明，提高了准确聚焦的灵敏度。该方法是目前安防一体化摄像机使用得较多的一种。

    日夜转换技术让安防无“黑夜”。一体化摄像机集成了双滤光片切换机构，由于镜头固定，因此无需考虑后焦可调节的机构，集成度高，更加稳定可靠。再加上摄像机本身的数字宽动态处理、3D降噪处理以及强制彩转黑等图像增强方式，即便在夜间，其依然可以获得良好的图像画质。当然，适当的补光措施也是非常有必要的。

    此外，高清网络一体化摄像机将视频、云台控制、报警和供电等都向网络化集成，具有SD卡本地录像存储、运动视频图像侦测、PoE供电、WiFi等功能，真正实现一线通。

    一体化摄像机发展趋势

    除了在低照度、宽动态等方面具备高超表现外，一体机也在众多特殊应用场合“施展身手”，比如与红外云台配合实现红外灯的变焦同步，与高速云台配合实现长焦限速等。此外，一体机(或机芯)与球机或云台配合还能实现一些自动跟踪的功能。这些都是未来摄像机发展的方向。

    当然，有人会问：枪机会被淘汰么？笔者认为不会。如同模拟监控和网络监控将长期并存一样，传统枪型摄像机和一体化摄像机也将在相当长的范围内长期并存。传统枪型摄像机主要用于一些特殊场合，比如需要实现超远距离监控和透雾监控的场景，如森林防火监测，边境、海岸线巡防等，这种专用镜头的倍数非常高，体积也非常大，如果这样的镜头要内建，那么内建出的一体化摄像机可以称之为“庞然大物”。但笔者认为，固定枪型摄像机终将是一体机的天下，一体化摄像机将大行其道。

    一体化摄像机优势是显而易见的，它以体积小巧、自动聚焦、稳定性好、在安装和控制方面所具有的优势，被越来越多的客户接受。而目前市场上高清网络一体化摄像机(和机芯)还不是很多。随着一体化摄像机精密集成电子技术的发展，生产成本的下降，一体化摄像机势必甩掉“价格高昂”的帽子。而用户对一体化摄像机的刚性需求给一体机发展带来新的契机，敏锐的摄像机厂商已经研发生产出可以取代枪机的一体机。随着后续技术的完善和产量的提升，高清一体机产品的价格将会越来越低，一体机的普及将锐不可挡。