在2003年以前，紅外攝像機(jī)尚未普及的時(shí)候，低照度攝像機(jī)一直是各廠家和供應(yīng)商追捧的熱點(diǎn)，即使在現(xiàn)在紅外攝像機(jī)大行其道，“祖國江山一片紅”的情況下，低照度攝像機(jī)以其特有的性能，仍然不能被取代。
“低照度”技術(shù)目前應(yīng)用
目前中國平安城市建設(shè)的核心與現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，集中在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，對于視頻監(jiān)控產(chǎn)品市場近年來非常火熱的低照度技術(shù)，其在平安城市建設(shè)應(yīng)用愈來愈廣泛，我們來看一些數(shù)據(jù)：
《檢察日報(bào)》刊登了來自新華社的一篇報(bào)道，據(jù)公安部的統(tǒng)計(jì)顯示：2011年，全國共立刑事案件439萬起，破案184萬起，破案率僅為41.9%，有超過一半的刑事案件沒能破獲。公安部負(fù)責(zé)人表示，這還不算立案不實(shí)因素，如果如實(shí)立案，估計(jì)全國目前刑事案件破案率可能在30%左右？
調(diào)查顯示：美國的破案率僅為40%，英國破案率為36.6%，法國破案率為39.5%，日本破案率為59.9%(圖1)。為何破案率會(huì)如此低？從城市監(jiān)控的角度來看，衡量監(jiān)控畫面質(zhì)量的好壞有幾個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)，包括：清晰度、覆蓋度、運(yùn)維度、智能度等。在這幾個(gè)指標(biāo)中，對于清晰度的認(rèn)知不少行業(yè)、領(lǐng)導(dǎo)存在一個(gè)巨大的誤區(qū)，或者說關(guān)于清晰度，有一個(gè)關(guān)鍵的因素被忽略掉了，那就是低照度下的監(jiān)控效果，事實(shí)上，對于監(jiān)控畫面來說，其夜間的畫面所包含的的信息量才是最根本的，占到了80%以上的比重。
分析行業(yè)內(nèi)制定的《城市道路照明標(biāo)準(zhǔn)》可知：對于一個(gè)中等城市來說，快速路、主干道平均照度為20-30Lux，人行道路商業(yè)區(qū)為10-20Lux，人行道路居住區(qū)為8-15Lux，次干路為10-15Lux，支路為8-10Lux，而對于農(nóng)村、城鄉(xiāng)結(jié)合部則只能達(dá)到5lux及以下。而毫無疑問，照度低、光照條件差的地域才是違法犯罪行為發(fā)生的高發(fā)地段。另外從時(shí)間上來看：對于違法犯罪現(xiàn)象，白天一定是“冰山一角”！
根據(jù)公安部門分析？總結(jié)，從作案時(shí)間看：夜間作案多于白天，占到79.1%，其中，19：00到24：00點(diǎn)期間作案占到夜間作案率的70%。
從中我們不難推斷，之所以平安城市建設(shè)效用不顯著的一大重要原因，就是夜間視頻監(jiān)控效果不佳！就目前來說，大多數(shù)監(jiān)控?cái)z像機(jī)到了夜間或者其他光照較低的場所時(shí)，所呈現(xiàn)出的監(jiān)控畫面，不僅僅“看不清”，甚至于“看不見”，全國的公安局指揮中心、各地的小區(qū)監(jiān)控室乃至全世界的監(jiān)控中心，其視頻監(jiān)控的夜間效果呈現(xiàn)出來的是黑白畫面，甚至是不清晰的黑白畫面，更有甚者是黑屏畫面！各地政府公安部門花費(fèi)大量的財(cái)力、物力、人力所構(gòu)建的監(jiān)控體系，僅僅是為了白天這個(gè)違法犯罪的低發(fā)時(shí)段服務(wù)，在更需要它發(fā)揮其功能的夜晚時(shí)段卻顯得力不從心，顯然是得不償失。
可見，雖然平安城市建設(shè)如火如荼，但夜間視頻監(jiān)控的效果卻未見得跟得上建設(shè)的腳步。隨著視頻監(jiān)控行業(yè)的不斷發(fā)展，針對夜間等微光環(huán)境下的監(jiān)控問題，目前市場上主要的技術(shù)有激光夜視系統(tǒng)、紅外熱成像技術(shù)和LED紅外補(bǔ)光，但激光夜視夜間黑白監(jiān)控畫面、價(jià)格較為昂貴原因，紅外熱成像技術(shù)僅能辨別物體輪廓以及應(yīng)用程度不高原因，LED燈能耗大、使用壽命短以及信號衰減等原因，使得這三種技術(shù)在平安城市建設(shè)中的應(yīng)用并廣泛。
目前低照度技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)？
1.BSI圖像傳感器設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)入高清時(shí)代以來，隨著圖像傳感器像素的不斷提高，其感光靈敏度在成比例下降，一種新的BSI傳感器架構(gòu)模式應(yīng)運(yùn)而生。BSI是在設(shè)計(jì)上將圖像傳感器的上下層進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，因此傳感器可以通過原本是在底層的硅基板來收集光線。這種方法與傳統(tǒng)的FSI傳感器不同，在FSI傳感器上，到達(dá)感光區(qū)的光線在某種程度上被傳感器中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的金屬線和電介質(zhì)層所限制。FSI方法會(huì)阻礙光線到達(dá)像素或使光線偏離像素，最終降低填充系數(shù)，并帶來像素之間串?dāng)_等問題。BSI則將金屬線和電介質(zhì)層移到傳感器陣列的下方，為光線提供了到達(dá)像素最直接的通道，優(yōu)化了光線吸收。ULLS圖像傳感器基于BSI架構(gòu)，提供了多項(xiàng)超越性的性能改進(jìn)，包括每單位區(qū)域更強(qiáng)的靈敏度、更高的量子效率以及減少串?dāng)_和光響應(yīng)非均勻性，再結(jié)合特制的納米級設(shè)計(jì)制程和新的生產(chǎn)工藝模塊，使得圖像傳感器的弱光敏感度提高30%以上，并可有效控制色度亮度干擾，從而顯著改進(jìn)色彩和光電性能。
2.ISP前端圖像處理技術(shù)——3D數(shù)字降噪
攝像機(jī)在低光條件下運(yùn)行，不可避免的會(huì)出現(xiàn)固定的或隨機(jī)的傳感器噪聲，且每一幀圖像所產(chǎn)生的噪聲是不相同的。若噪聲過多則會(huì)使圖像模糊不清。傳統(tǒng)的2D降噪技術(shù)屬于幀內(nèi)降噪方式，在消除動(dòng)態(tài)噪聲方面效果有限。3D數(shù)字降噪是在幀內(nèi)降噪的基礎(chǔ)上，通過對比相鄰幾幀圖像將噪聲自動(dòng)濾除處理掉，從而顯示出比較清晰細(xì)膩的圖像。運(yùn)用全球領(lǐng)先的幀間預(yù)測方法，依據(jù)圖像噪聲的分布統(tǒng)計(jì)規(guī)律，在空間二維和時(shí)間一維上同時(shí)進(jìn)行估計(jì)、預(yù)測和降噪處理，最大限度的去消除噪聲對圖像的影響，使最終成像效果得到極大的增強(qiáng)和改善，圖像細(xì)節(jié)得到更好的辨識(shí)。除此之外，在面對明暗反差過大的場景時(shí)，3D數(shù)字降噪還可有效提高寬動(dòng)態(tài)的展現(xiàn)能力。
3.ISP前端圖像處理技術(shù)——3A成像控制
3A成像控制指自動(dòng)曝光控制(AE)、自動(dòng)聚焦控制(AF)、自動(dòng)白平衡控制(AWB)。自動(dòng)曝光控制能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)圖像的亮度，自動(dòng)聚焦控制通過調(diào)整聚焦鏡頭的位置獲得最高的圖像頻率成分，自動(dòng)白平衡對不同光線造成的色差給予補(bǔ)償。基本的3A成像控制是攝像機(jī)所必須的功能，優(yōu)秀的3A成像控制算法對于攝像機(jī)的成像效果有著至關(guān)重要的影響。基于微分圖像分析的3A成像控制算法，具有統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、調(diào)節(jié)平滑等特點(diǎn)，無論是在清晨還是黃昏，抑或是光線復(fù)雜的夜間環(huán)境，都能不受取景、光影影響，提供精確的顏色還原，呈現(xiàn)完美的日夜監(jiān)控效果。
低照度技術(shù)未來出路
目前，無論是怎樣的攝像機(jī)，不管低照度技術(shù)實(shí)現(xiàn)程度如何，都是運(yùn)用可見光源并在此前提上提高攝像機(jī)的感光靈敏度，使其在夜間成像。但，可見光的應(yīng)用范圍與應(yīng)用程度終究有限，從光的分布來看，未來網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的趨勢應(yīng)是偏向于采用近紅外、紫外等非可見光發(fā)展，并以此來提高攝像機(jī)夜間性能，其可視化程度將更高。
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