影響影像品質和取景的攝影機要素很多,因此選擇網路攝影機時有必要瞭解這些要素。其中包括攝影機感光度、鏡頭類型、影像感應器類型、掃描技術以及影像處理功能等。本章將討論這些要素,並在結束部分介紹一些系統安裝的基本考慮原則。
網路攝影機感光度一般以勒克斯( lux )為單位,表示攝影機看到可用影像所需照明度。勒克斯指標越低,攝影機感光度越好。通常,物體照度至少達到200 Lux才能獲得品質良好的影像。一般情況下,物體越明亮,影像越清楚。光線過差難以聚焦,影像模糊和/或昏暗。為在昏暗光線條件下拍攝品質良好的影像,日夜兩用攝影機需採用近紅外光。關於日夜兩用攝影機的更多信息,請參見第2章。
不同光線條件照度不同。許多自然場景的照度相當複雜,場景中陰影和高亮不同部分的勒克斯讀數是不一樣的。因此,有必要注意,一個勒克斯讀數並不能表示整個場景的光線條件。
許多製造商規定了網路攝影機看到可用影像所需的最低照度。儘管這些技術指標有助於比較同一廠家攝影機之間的感光度,但卻不能用根據這些資料比較不同廠家的攝影機。這是因為不同製造商評估可用影像的方法不同,採用的標準也不一樣。為正確對比兩台不同攝影機昏暗光線下的性能,可將攝影機放在一起觀看昏暗光線下的拍攝效果。
網路攝影機鏡頭組合具有多種功能,包括:
– 決定視野,即決定取景範圍以及細節拍攝的清晰程度。
– 控制影像感應器進光量,使影像正確曝光。
– 通過調整鏡頭組合中的元件,或鏡頭總成與影像感應器之間的距離聚焦。
視野是選擇攝影機時需要考慮的因素之一,即拍攝的取景範圍及細節的清晰程度。視野由鏡頭焦距和影像感應器尺寸決定,網路攝影機資料手冊中規定了這兩個指標。
鏡頭焦距指主鏡頭( 或複雜鏡頭總成中的特定點 )與所有光線聚集到一點( 通常為攝影機的影像感應器 )之間的距離。焦距越長,視野越窄。
旋轉鏡頭計算器或線上鏡頭計算器是確定拍攝視野所需焦距的鏡頭最快速的方法,藍眼科技提供這兩種工具。計算時,還必須結合網路攝影機影像感應器的尺寸,一般為1/4"、1/3"、1/2"和2/3"。( 採用鏡頭計算器的缺點是,不能考慮鏡頭可能出現的幾何形狀變形。 )
– 視野分為三類:
4 普通視野:與肉眼的視野相同。
4 長焦視野:場面較窄,畫面細節一般比肉眼識別更加清晰。當監控目標較少或距離攝影機較遠時,採用長焦鏡頭。長焦鏡頭聚光能力一般低於普通鏡頭。
4 廣角:場面較大,畫面細節低於普通視野。廣角鏡頭通常景深比較好,昏暗光線下可以獲得清晰的拍攝效果。廣角鏡頭有時會產生幾何形狀變形,類似「魚眼」效果。
– 鏡頭主要分為三種類型:
4 定焦鏡頭:這類鏡頭的焦距是固定的,即只有一種視野( 普通、長焦或廣角 )。固定網路攝影機鏡頭普通焦距為4 mm。
4 變焦鏡頭:這種鏡頭的焦距可在一定範圍內變化,提供不同視野。視野可手動調整。當視野變化時,用戶可手動調整鏡頭重新聚焦。網路攝影機變焦鏡頭的焦距範圍一般為3mm至8 mm。
4 高倍鏡頭:高倍鏡頭與變焦鏡頭相似,可供用戶選擇不同視野。不過,當視野變化時,高倍鏡頭不需要重新聚焦。變焦範圍內可保持焦距。例如6mm至48mm。鏡頭標示( 如3x變焦 )表示鏡頭最長與最短焦距之比。
如果網路攝影機可更換鏡頭,選擇適合攝影機使用的鏡頭是十分重要的。配用1/2英寸影像感應器的鏡頭可用於1/2英寸、1/3英寸和1/4英寸影像感應器,但不適合用於2/3英寸影像感應器。如果採用小於攝影機中實際安裝的影像感應器的鏡頭,影像會存在黑角( 如圖3.2c左圖所示 )。如果採用大於攝影機中實際安裝的影像感應器的鏡頭,由於部分資訊「丟失」在影像感應器外部,因此視野會小於鏡頭拍攝能力( 如圖3.2c右圖所示 )。這種情況會產生長焦效果,拍攝的影像被放大了。
更換百萬畫素攝影機鏡頭時,由於百萬畫素感應器的像素要比VGA感應器( 640x480像素 )的小得多,因此需要採用高品質鏡頭。為充分利用攝影機能力,鏡頭解析度與攝影機解析度最好相互匹配。
更換鏡頭時,瞭解網路攝影機鏡頭座類型也是十分重要的。網路攝影機主要採用兩種標準鏡頭座:CS型底座和C型底座。兩種鏡頭座螺距均為1英寸,外觀相同。其區別是攝影機上安裝的鏡頭至感應器的距離不同。
– CS型底座:感應器至鏡頭的距離為12.5 mm。
– C型底座:感應器至鏡頭之間的距離為17.526 mm。
C型底座鏡頭可採用5 mm墊塊( C/CS 適配環 )安裝在CS型底座攝影機機身上。如果攝影機不能聚焦,有可能使用的鏡頭類型不對。
光線昏暗條件下,特別是在室內環境中,網路攝影機的一個重要因素是確定鏡頭聚光能力。這由鏡頭的F值( f-係數 )決定,也稱光圈級數( f-stop )。F值決定鏡頭進光量。
F值是鏡頭焦距與孔徑直徑,即光圈直徑之比,F值=焦距/光圈。
F值越小( 相對於光圈焦距短,或相對於焦距光圈大 ),鏡頭聚光能力越高;即通過鏡頭進入影像感應器的進光量越多。昏暗光線條件下,光圈越大,拍攝的影像品質越好。( 不過由於設計方面的原因,有些感應器在昏暗光線條件下不能採用大光圈。 )另一方面,小光圈可以改善景深,關於景深參見3.2.6節說明。F值較小的鏡頭一般比F值較大的鏡頭貴。
F值通常記為F/x。斜線代表除號。F/4表示光圈直徑等於焦距除以4。因此,如果攝影機採用8mm 鏡頭,光圈開度的進光直徑為2mm。
儘管自動調整光圈的鏡頭( DC鏡頭 )的F值有一定範圍,但一般僅標記這個範圍末端( 最小F值 )的最大進光量。
鏡頭聚光能力或F值,以及曝光時間( 即影像感應器曝光時長 )是控制影像感應器接收進光量的兩個主要因素。第三個因素是放大器增益,放大器用來加大影像亮度。不過,提高增益也會加大影像雜訊( 粗糙度 )。因此,應首先調整曝光時間或光圈開度。
一些藍眼科技攝影機可通過設置限制曝光時間和增益。曝光時間越長,影像感應器接收的進光量越多。光線較亮的環境,應縮短曝光時間,而光線較暗的環境應延長曝光時間。延長曝光時間也會增加運動模糊,而增加光圈開度將對景深造成不良影響,瞭解這一點是十分重要的,我們將3.2.6節詳細說明。
確定曝光時,建議縮短快速運動或高幀速曝光時間。光線差的條件下,延長曝光時間可以提高影像品質,但也會增加運動拖尾,而且由於延長了每幀曝光時間,因此總幀速下降。一些網路攝影機配有自動曝光設置,可隨著可用光量提高或降低幀速。光照度下降的情況下,需要考慮增加人工光源或優化幀速或影像品質。
在光照度恒定的室內環境下,可採用手動光圈鏡頭。這種鏡頭要麼配有光圈調整環,要麼將光圈安裝在某個F值。藍眼科技室內網路攝影機採用後一種方法。
室外及場景照明不斷變化的環境下,建議採用自動光圈鏡頭。這種光圈的孔徑由攝影機控制,在沒有曝光和增益設置或在網路攝影機中,用來保持最佳照明度。這種光圈還可以用來控制景深( 將在下面加以說明 ),獲得輪廓清晰的影像。大部分自動光圈鏡頭由攝影機處理器通過直流( DC )進行控制,因此稱為「直流驅動光圈」鏡頭。無論固定、固定半球、PTZ還是PTZ網路快速球,所有藍眼科技室外攝影機均採用直流驅動光圈,即自動光圈鏡頭。
景深是視訊監控應用的一個重要標準。景深指清晰顯示焦點近處及遠物體的距離。景深可以是很重要的因素,例如監控停車場時,需要識別20、30和50米( 60、90和150英尺 )遠的汽車牌照。
景深受三個因素的影響:焦距、光圈直徑和攝影機距目標的距離。焦距長、光圈大或攝影機與物體之間距離短都將限制景深。
光線經鏡頭聚焦在攝影機的影像感應器上。影像感應器由大量感光像元組成,每個感光像元對應於影像感應器上的一個成像元素,簡稱「像素」。影像感應器上的每個像素記錄曝光量,並將其轉換為相應數量的電子。光線越強,生成的電子越多。
– 組裝攝影機時,攝影機影像感應器可採用兩種主要技術:
4 CCD( 電荷耦合器件 )
4 CMOS( 互補金屬氧化物半導體 )
儘管CCD與CMOS感應器往往相互競爭,但兩種感應器各有優缺點,適用於不同的應用。CCD感應器採用專門針對攝影機行業開發的技術。早期CMOS感應器基於已在諸如PC存儲晶片中廣泛採用的標準技術。現代CMOS感應器已採用更加專業化技術,感應器品質迅速提高。
CCD感應器已在攝影機中使用30多年,在品質方面具有許多優點。一般來說,它們的感光度略好一點,產生的影像雜訊略低於CMOS感應器。感光度越高,微弱光線條件下生成的影像品質越好。不過,CCD感應器較貴,在攝影機中的構成也比較複雜。CCD的耗電量是同等COMS感應器的100倍。
近來,隨著CMOS感應器技術的進步,其影像品質已接近CCD感應器。CMOS感應器含有裝配攝影機的所有邏輯電路,可以降低攝影機的總成本。與CCD相比,CMOS感應器集成能力更高,功能更加豐富。CMOS感應器讀出速度快( 這在需要高解析度影像時十分有利 )、功率耗散低、系統體積小。百萬畫素CMOS感應器有更加廣泛的用途,成本低於百萬畫素CCD感應器。
從成本角度看,百萬畫素攝影機採用的許多百萬畫素感應器( 即含有100萬以上像素的感應器 ),其體僅積相當於甚至略小於解析度為640x480( 307,200 )像素的VGA感應器。這意味著,百萬像素感應器每個像素的尺寸小於VGA感應器上的像素。例如,百萬畫素感應器( 如1/3英寸200萬像素感應器 ),每個像素尺寸僅為3urn( 微米/microns )。相比之下,1/3英寸VGA感應器的像素尺寸為7.5urn。因此,百萬畫素攝影機解析度更高,畫面更為精細,同時由於像素體積小,物體反射光會散射給更多像素,因此其光敏度低於VGA感應器。
隔行掃描和逐行掃描是目前讀取和顯示影像感應器資訊採用的兩種技術。隔行掃描主要用於CCD。逐行掃描則用於CCD或CMOS感應器。網路攝影機可以採用兩種掃描技術。( 而類比攝影機只能採用隔行掃描技術通過同軸電纜傳送影像,在類比監控器上顯示。 )
CCD生成交錯影像時產生兩個行場:一個場顯示奇數行,另一個場顯示偶數行。不過,為生成奇場,需要組合CCD感應器奇行和偶行資訊。偶場的情況也同樣,需要組合偶數行和奇數行資訊形成隔行影像。
傳輸交錯影像時,每次僅傳送一半行數( 奇數行與偶數行交替 )的影像,頻寬利用率降低了一半。監控器( 以傳統TV為例 )也必須採用隔行掃描技術。首先顯示影像的奇數行,再顯示偶數行,然後以25fps( PAL )或30fps( NTSC )交替刷新。這樣,人的視覺系統看到的是完整的影像。所有類比視訊格式以及部分現代HDTV格式都採用隔行掃描。儘管隔行掃描技術由於「缺失」資料產生偽像或失真,但在隔行掃描監控器上看不到這種現象。
但是,當以逐行掃描監控器顯示交錯視訊時,例如電腦監控器,由於連續掃描影像的行,因此可以看到偽像。這種偽像看上去是「間斷」的,這是由於奇行和偶行刷新略有時延造成的,僅有一半行數與運動影像保持同步,另一半等待刷新。視訊停放以及視訊定格進行分析時,這種情況特別明顯。
逐行掃描影像感應器連續獲取感應器每個像素的值,並連續掃描每一行影像生成全幀影像。換句話說,捕捉到的影像不用被分割為類似隔行掃描中單獨的掃描場。採用逐行掃描時,網路傳輸整幀影像,然後在逐行掃描電腦監控器上顯示,螢幕上按順序一次顯示一行影像。因此,採用逐行掃描技術的電腦螢幕可以更好地顯示移動物體。在視訊監控應用中,觀察移動物體( 如奔跑的人 )的細節是十分重要的。
背光補償、曝光區域和寬動態範圍是網路攝影機提高影像品質的三種功能。
儘管攝影機自動曝光功能極力使影像顯示的亮度與人眼看到的場景相同,但很可能適得其反。強背光會造成前景中的物體變暗。配有背光補償功能的網路攝影機盡力忽略有限的高亮區域,如同不存在一樣。這樣,即使明亮區域感光過度,仍然可以看到前景中的物體。這種照明狀況也可以通過提高攝影機動態範圍來處理,參見3.5.3節說明。
除處理有限高亮區外,網路攝影機自動曝光還必須選擇影像中需要確定曝光值的區域。例如,背景( 一般為影像底部 )所含資訊可能比天空( 一般為影像頂部 )等前景中的更重要。場景中不重要的部分應確定為非過度曝光區。採用高級藍眼科技網路攝影機,使用者可以選擇場景中部、左部、右部、頂部或底部作為曝光區,從而更加準確地曝光。
有些藍眼科技網路攝影機具有寬動態範圍功能,可處理照明變化大的場景。區域過亮或過暗,或人位於玻璃幕牆背光場景中,一般攝影機生成的影像,處於暗區中的物體很難清晰看到。寬動態範圍技術採用場景中不同物體不同曝光率等方法解決這一問題,使得明暗區域中的物體都能看得很清楚。
購買網路攝影機後,安裝方法十分重要。下面就如何根據攝影機位置及環境條件,獲得最佳質量視訊監控提出部分建議。
– 監控目標:
如果是為了監控一個區域,跟蹤移動的人員或物體,一定要將攝影機安裝在便於觀察物體的位置。如果是為了識別人員或物體,攝影機必須以適當方式進行部署或對焦,從而獲得足夠豐富的影像細節,以支援進行識別。關於攝影機的最佳部署位置也可向當地公安機關諮詢。
– 根據需要採用多點照明或提高亮度:
一般比較簡單且經濟、高效的方法是在室內或室外增加強光燈,以便為獲得良好影像提供必要照明條件。
– 避免陽光直射,因為這樣會使攝影機「什麼也看不見」,影像感應器性能下降。在可能的情況下,攝影機的位置應背對陽光。
– 避免背光:
拍攝窗前物體時一般會出現這種問題。為解決這一問題,可調整攝影機位置,或在可能的條件下採用窗簾或關閉百葉窗。如果攝影機不能重新定位,可增加前景照明。在背光的環境下,最好採用支援寬動態範圍的攝影機。
– 減小場景動態範圍:
室外環境下,廣闊的天空會造成動態範圍過寬。如果攝影機不支援寬動態範圍,解決辦法是將其安裝在高於地面的位置,必要時可採用杆架。
– 調整攝影機設置:
必要時,可以調整白平衡、亮度和銳利度,以獲得最佳影像。在光線微弱的條件下,使用者必須首先考慮幀速或影像品質。
法律因素:
各國情況不同,視訊監控可能受到限制或禁止。安裝視訊監控系統前,建議檢查本地區相關法律規定。例如,特別是在公共場所,必要時必須註冊或領取視訊監控牌照。可能要求做標誌。視訊記錄可能需要標記時間和日期。視訊保存時間可能也不相關的監管規定。有可能不允許進行音訊記錄。
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