解析低照度指标的四大参数

2019-11-13 08:51:50 9

近年来随着“平安城市”项目的不断增多,摄像机夜晚低照度的效果也越来越多地受到人们的关注。夜间画面是不是够亮,能不能看清车牌,已经成为评判一款摄像机效果好坏重要的指标之一。因此,很多超低照度摄像机纷纷涌现出来,成为“平安城市”视频监控系统炙手可热的机型之一。低照度摄像机到底有哪些关键的技术?


  照度

  照度是指单位面积上接收到可见光的光通量,通常以Lux为单位。在监控行业,通常用“最低照度”值来表示摄像机的感光度或灵敏度,简单来说,这个值可以用来标称摄像机在多黑的条件下还可以看到可用的图像。在全黑的房间里,用摄像机对着被测物,然后将灯光慢慢调暗,直到在显示器上看不清被测物为止,此时照度计上显示的照度值,便是该摄像机的最低照度值。

  根据摄像机的不同照度值,可以对它们进行分类。以摄像机正常工作照度范围划分为普通型,其最低照度值在0.1-1Lux间;月光型,其最低照度值在0.01Lux左右;而星光型就需要达到0.001Lux以下;黑光级IPC能在0.0005Lux(照度单位)的低照下维持彩色。

  星光级摄像机在微光情况下,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。星光级摄像机特征不需要红外灯也不需要白光灯、晚上可以实现不拖尾清晰的彩色监控。

  黑光摄像机和星光级类似,一般没有配置红外灯补光,有配置暖光的补光灯。在有微光情况下,摄像头可以通过低速快门、双滤光、智能算法等多种技术方法使摄像头呈现高清全彩画面,在完全无光的情况下,开启暖光补光灯补光,以达到呈现全日夜全彩的画面效果,且一般可以在电脑上对开启补光的时间、开灯照度、补光灯亮度等参数进行调节设置。

  其他参数值

  摄像机的低照度指标不应该只是一个简单的XXLux值,在任何一份准确专业的摄像机参数资料上,摄像机低照度指标应该至少表示为如下格式:彩色模式:XXLux@FX(XIRE,AGCXX)黑白模式:XXLux@FX(XIRE,AGCXX)

  也就是说,摄像机的低照度性能至少和3个参数是相关的,亦即配用镜头的F值,IRE值以及摄像机的AGC参数。在这些参数完整的前提下,前面的照度值才具有意义且可对比的。同时必须指出,如果摄像机是彩转黑的,必须列出彩色和黑白状态下各自的低照度指标。

  那么低照度标准表达式中各个量是什么意义以及它们之间有什么关系呢?

  F值

  F是镜头的光圈系数,与进光量呈反比关系。由于摄像机必须依靠镜头的光圈来决定进光量,从而决定拍摄效果。所以,在表达摄像机的低照度指标时,必须要有一个F值为条件。对于一款自动光圈的变焦距镜头来说,镜头上一般会标示出F值,注意,此值只代表焦距最小时即广角状态时的光圈值,一般认为,随着焦距的增加,镜头的进光量是逐步减少的,所以当镜头处于广角状态时,画面比较亮,处于望远状态时,画面则变暗,这种现象在夜间尤其明显。镜头焦距的变化,带动镜头进光量的变化,反映到对应F值的改变,但是镜头上的F值,只是标示出此款镜头的最大进光量,所以,只看镜头上标示的F值,只能判断在广角状态下的镜头进光效率,而不能充分体现镜头的真实性能,镜头的2个焦距极端对应的F值通常相差得很大,所以某些镜头夜间在广角时,画面还不错,但是一旦处于望远状态,画面就很暗了。真正好的镜头,在焦距最大和最小时,F值相差并不大,比如从1.8变到1.6,这种镜头的夜间效果相对更好。而通常在低照度指标中标注的F值,表示测试时使用的镜头在广角状态下的F值,即进光量为最大时。

  IRE值

  众所周知,模拟视频是一个峰峰值为1伏的不规则波形,X轴以下为同步电平,幅度为0.3伏即300毫伏,X轴以上是实际视频波形,此部分波形会随着视频亮度以及视频内容发生变化,其幅度为0.7伏即700毫伏。700毫伏是视频信号极限幅值,随着光照条件的下降,此值将会随之下降。如果把镜头完全遮住,通过示波器上可以看到视频波形幅度接近于0。那么IRE是什么呢?IRE是一个视频测量中的单位,在广播级视频电平中规定了任何视频信号在播放时的亮度电平都不可能超过100IRE,即700毫伏等同于100IRE,也就是说,IRE值将指示视频信号的幅度。一般来说,当视频信号低于250IRE(700毫伏的四分之一),即175毫伏时,被认为此时的视频信号是无实际意义的,因为此时反映在监视器上的效果是画面基本漆黑,无法进行有效的监控。鉴于此,在摄像机的低照度指标里,IRE这一项一般不会低于25,往往标注30居多,少数产品标注50。很显然,当环境照度降低时,视频幅度和IRE值都是随之下降的。当考察摄像机的低照度性能时,IRE值可能会很低,但是必须保证显示出的视频还是有意义的。

  AGC参数

  摄像机内部都有一个放大电路用于放大原始视频信号。摄像机中的DSP芯片会检测CCD送出的原始视频信号,如果觉得原始视频信号幅度太小,DSP则会驱动这个放大电路对原始信号进行放大,然后输出放大后的视频信号。DSP会实时检测原始视频信号的幅度,从而动态地控制放大电路的增益值,这就是所谓的“自动增益控制(AutoGain)”功能,而确定是否开启这个功能的机制就是自动增益控制即AGC。当AGC功能开启时(AGCON),自动增益电路在光照不佳的情况下就会自动放大视频幅度,使画面变亮(值得注意的是,即使AGC为ON状态,在光照良好的条件下,自动增益电路也不会起作用,画面不会变的更亮),反之,如果AGC功能不开启(AGCOFF),自动增益电路则不会工作。显然,如果AGC开启,在测试摄像机的低照度性能时,放大电路是处于工作状态的。需要说明的是,放大电路会把视频信号中的噪声一起放大,所以画面上会出现噪点。

  当然有些摄像机的AGC不仅仅只有ON或OFF功能,或还会有若干档位可以用来调节增益电路的最大放大倍数,如AGC20db、40db等,在摄像机的低照度指标中也应作为条件一并列出。