程敏 浙江大華技術(shù)股份有限公司光學(xué)圖像部研發(fā)經(jīng)理

　　程瑋 海康威視技術(shù)支持部產(chǎn)品經(jīng)理

　　李偉偉 蘇州科達(dá)科技股份有限公司市場(chǎng)部產(chǎn)品經(jīng)理

　　1、光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)一般包含那些主要技術(shù)，其技術(shù)原理是什么?

　　程敏：從感知層面來(lái)看，光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)主要包括光學(xué)技術(shù)和圖像處理技術(shù)兩方面，光學(xué)技術(shù)主要表現(xiàn)在鏡頭光圈的自動(dòng)控制、濾光片的自動(dòng)切換、以及補(bǔ)光燈的使用上，鏡頭光圈的自動(dòng)控制是指通過(guò)自動(dòng)調(diào)整鏡頭光圈大小來(lái)改變整體通光量的大小從而使得攝像機(jī)感知到合適的亮度的一種技術(shù)，濾光片自動(dòng)切換是指通過(guò)改變各種波長(zhǎng)的光的透過(guò)率從而可選擇性的消除有害光線的一種技術(shù)，補(bǔ)光燈主要是針對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)光，可以使重點(diǎn)區(qū)域的亮度得以提升;圖像處理技術(shù)包括寬動(dòng)態(tài)、背光補(bǔ)償、強(qiáng)光抑制、3D數(shù)字降噪等技術(shù)，寬動(dòng)態(tài)技術(shù)通過(guò)采用多次曝光技術(shù)，經(jīng)過(guò)重新映射處理，獲取比普通相機(jī)更大動(dòng)態(tài)范圍的圖像，從而解決一般攝像機(jī)存在的明亮區(qū)域曝光過(guò)度，而黑暗區(qū)域曝光不足的問(wèn)題;背光補(bǔ)償也稱(chēng)作逆光補(bǔ)償，它可以有效補(bǔ)償攝像機(jī)在逆光環(huán)境下拍攝時(shí)主體區(qū)域黑暗的缺陷，從而提升主體區(qū)域的亮度和圖像細(xì)節(jié);強(qiáng)光抑制技術(shù)是指在低照度環(huán)境下，遇到背景光極其強(qiáng)烈時(shí)采用的一種對(duì)強(qiáng)光源進(jìn)行抑制，突出強(qiáng)光源前的主體物，從而提升過(guò)曝區(qū)域的圖像細(xì)節(jié)、保留暗區(qū)圖像細(xì)節(jié)的技術(shù);背光補(bǔ)償和強(qiáng)光抑制都可以看成是寬動(dòng)態(tài)技術(shù)在某些特定場(chǎng)景下為達(dá)到特定目的的一種圖像處理技術(shù);3D數(shù)字降噪主要應(yīng)用于低照環(huán)境下，運(yùn)用視頻圖像在時(shí)域和空域的相關(guān)性和稀疏性來(lái)抑制視頻圖像的噪聲，從而達(dá)到提升視頻圖像信噪比的目的。

　　2、 光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)主要應(yīng)用在哪些場(chǎng)景?

　　程瑋：寬動(dòng)態(tài)和背光補(bǔ)償都適用在逆光環(huán)境下，可以解決逆光處前景較暗的問(wèn)題。寬動(dòng)態(tài)一般通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，將多次曝光后的圖像疊加后得到前景明亮、后景清晰的圖像;而背光補(bǔ)償主要通過(guò)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)整體畫(huà)面亮度的提升，從而提升前景亮度，但往往會(huì)造成原本已經(jīng)夠亮的背景過(guò)曝。

　　低照度和紅外都適用于光線條件不好的環(huán)境下，低照度主要是通過(guò)使用高感光度的圖像傳感器、鏡頭或者提高增益等方式來(lái)呈現(xiàn)比較明亮的圖像，不過(guò)其要求環(huán)境不能完全無(wú)光，否則也無(wú)法感光;紅外主要用在環(huán)境完全無(wú)光或光線極弱的條件下，可以通過(guò)自帶的紅外燈發(fā)出紅外光來(lái)照亮物體，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)光。

　　強(qiáng)光抑制主要用于監(jiān)控夜間行駛車(chē)輛前車(chē)牌，通過(guò)抑制車(chē)燈亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)看清車(chē)牌的目的，但近年來(lái)這項(xiàng)功能已逐步被抑制車(chē)燈效果更好的寬動(dòng)態(tài)所替代，所以市場(chǎng)上強(qiáng)光抑制的設(shè)備也越來(lái)越少見(jiàn)了。

　　3、 光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀是怎樣的?

　　程敏：光學(xué)器件從最初的一種規(guī)格打天下發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)能應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的環(huán)境、更多樣化的需求，在適應(yīng)能力提高的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)化和集成化，使設(shè)備的性價(jià)比更高。例如早期的光學(xué)鏡頭只能手動(dòng)調(diào)節(jié)光圈大小，后來(lái)有了DC光圈和Hall反饋型光圈鏡頭，最近又出現(xiàn)了P-iris鏡頭，結(jié)合了Hall反饋型光圈功能上的優(yōu)點(diǎn)和DC光圈成本上的優(yōu)點(diǎn);濾光片的種類(lèi)也在不斷推陳出新，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和不同的傳感器特性，有針對(duì)性的推出去摩爾紋、去紫邊、去紅燈光暈、抑制局部區(qū)域過(guò)曝等等特性的濾光片。圖像處理技術(shù)早期出現(xiàn)的是簡(jiǎn)單的背光補(bǔ)償技術(shù)以及空域降噪技術(shù)，后期隨著Sensor的工藝水平和ISP處理芯片性能的提升開(kāi)發(fā)了寬動(dòng)態(tài)技術(shù)，之后隨著對(duì)低照度場(chǎng)景監(jiān)控的需求提出了強(qiáng)光抑制技術(shù)和3D數(shù)字降噪技術(shù)。

　　4、 模擬時(shí)代和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)有什么不同?

　　程敏：早期的模擬攝像機(jī)解決的是“看得見(jiàn)”的問(wèn)題，從模擬攝像機(jī)發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，人們的思想觀念逐漸從“看得見(jiàn)”轉(zhuǎn)換到了“看得清”，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)對(duì)整體清晰度和細(xì)節(jié)還原的要求更高，應(yīng)用場(chǎng)景也更豐富多變，這就要求設(shè)備有極高的適應(yīng)能力，可以說(shuō)在網(wǎng)絡(luò)高清時(shí)代，光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)的要求更多樣化、手段方法更豐富、技術(shù)難度也更高。

　　程瑋：現(xiàn)在的監(jiān)控以網(wǎng)絡(luò)為主，網(wǎng)絡(luò)高清產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度也更快，而基于網(wǎng)絡(luò)高清產(chǎn)品的光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)的發(fā)展也比模擬時(shí)代更快速，效果也更好。

　　5、 光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)現(xiàn)在發(fā)展是否已經(jīng)成熟?

　　程敏：技術(shù)始終在進(jìn)步，應(yīng)用需求也一直在跟著變動(dòng)，所以光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)還有很大的提升空間。

　　6、 各公司產(chǎn)品光環(huán)境應(yīng)對(duì)在測(cè)試中實(shí)際效果差別很大，您認(rèn)為有哪些主要因素?

　　程敏：目前，各廠家的光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)都是以自主研發(fā)為主，因此所采用的技術(shù)也不盡相同。例如在光學(xué)方案及器件的選用上差別就比較大，一是所用鏡頭不同，在光圈大小與控制、強(qiáng)光控制等方面上差異比較大，二是其它光學(xué)器件比如濾光片的效果存在差異，三是在照明補(bǔ)光方面也有差異。除此之外，在圖像處理算法上，各廠商紛紛提出了自己的解決方案，這里也是專(zhuān)利產(chǎn)生數(shù)量最多的一塊。這就導(dǎo)致了各產(chǎn)品在光環(huán)境的應(yīng)對(duì)測(cè)試中實(shí)際效果差別較大。

　　李偉偉：比如寬動(dòng)態(tài)：分為數(shù)字寬動(dòng)態(tài)、2幀合一、3幀合一、4幀合一寬動(dòng)態(tài)技術(shù)，不同的技術(shù)其效果也不盡相同，即使采用相同的技術(shù)，不同場(chǎng)景的處理方法上也有差異，因此造成一些差別。

　　另外，自適應(yīng)性也非常重要，有些場(chǎng)景下光線呈現(xiàn)并非全天候一個(gè)狀態(tài)，因此需要攝像機(jī)具備良好的智能檢測(cè)技術(shù)，可以做大自適應(yīng)啟動(dòng)寬動(dòng)態(tài)、強(qiáng)光抑制等功能，達(dá)到全天候最佳效果

　　7、 芯片、傳感器、鏡頭等硬件對(duì)光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)有哪些影響?

　　程瑋：芯片平臺(tái)決定了攝像機(jī)的性能、圖像處理能力、處理運(yùn)算速度等;傳感器決定了攝像機(jī)感應(yīng)光能力的強(qiáng)弱，好的傳感器靈敏度高，感光性能好;鏡頭決定了進(jìn)光量、通透性等因素。

　　8、近期SVAC、H.265等新標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用、4K等新技術(shù)的發(fā)展對(duì)光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)有哪些影響?

　　程敏：近期，H.265、SVAC、4K等新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，對(duì)圖像的分辨率提出了更高的要求，分辨率更高的高清鏡頭隨之而來(lái)，圖像處理的數(shù)據(jù)量大大增加，這對(duì)寬動(dòng)態(tài)和3D數(shù)字降噪技術(shù)的處理性能提出了更大的挑戰(zhàn)，急需要研發(fā)出在處理效果和性能兩方面都滿足要求的新技術(shù)。

　　程瑋：H.265、4K等技術(shù)和光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)是相互促進(jìn)的關(guān)系，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)一定是朝著更高清的方向去發(fā)展，圍繞著超高清攝像機(jī)相應(yīng)的編碼效率、圖像效果都需要得到提升。

　　9、光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)的提升空間在哪里?

　　程敏：從光學(xué)上來(lái)看，當(dāng)前主要是全局處理，調(diào)節(jié)的是整體亮度，而實(shí)際需求往往是只需要降低局部小區(qū)域內(nèi)的亮度即可，因此需要研發(fā)出具有局域特性的光學(xué)器件;從圖像處理的角度來(lái)看，提升寬動(dòng)態(tài)技術(shù)的自適應(yīng)能力，解決多次曝光合成的寬動(dòng)態(tài)效果中的運(yùn)動(dòng)區(qū)域補(bǔ)償問(wèn)題，以及進(jìn)一步提升傳感器的信噪比，有效區(qū)分運(yùn)動(dòng)和靜止區(qū)域噪聲等等都是目前正在研究的課題。另外，以道路監(jiān)控為例，夜間爆閃燈的光污染是很?chē)?yán)重的，未來(lái)如果在此方面進(jìn)行變革，那設(shè)備應(yīng)對(duì)低照環(huán)境的能力就要有很大的提升。

　　10、該技術(shù)在實(shí)用中經(jīng)常遇見(jiàn)的問(wèn)題有哪些?該如何避免這些問(wèn)題?

　　程敏：實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)遇到一些光線條件很極端的場(chǎng)景，比如晨昏時(shí)分太陽(yáng)接近地平線，強(qiáng)烈的陽(yáng)光直射到鏡頭內(nèi)導(dǎo)致畫(huà)面上半部分過(guò)曝和嚴(yán)重的雜光，此時(shí)單靠設(shè)備本身是調(diào)整不過(guò)來(lái)的，這種情況需要通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的觀察選擇合適的安裝位置、調(diào)整設(shè)備的方位角、利用護(hù)罩的遮光作用等方法把強(qiáng)光源的干擾給排除掉。

　　11、具備光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)的產(chǎn)品在選型時(shí)，有哪些注意事項(xiàng)?

　　程瑋：星光級(jí)超低照度攝像機(jī)是目前低照度領(lǐng)域夜晚監(jiān)控效果最好的一類(lèi)攝像機(jī)，因其出色的夜晚成像效果，廣泛應(yīng)用于平安城市、平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)、交通、金融、高檔樓宇、住宅小區(qū)、校園、港口、高速公路、街道等對(duì)攝像機(jī)性能要求比較高但又不宜外加補(bǔ)光設(shè)備的環(huán)境下。例如夜晚道路監(jiān)控行駛車(chē)輛前車(chē)牌的場(chǎng)景，有些城市居民會(huì)覺(jué)得加了補(bǔ)光燈后造成光污染，比較排斥補(bǔ)光設(shè)備，而紅外攝像機(jī)照射車(chē)牌后，車(chē)牌的特殊材質(zhì)會(huì)導(dǎo)致反光，從而看不清車(chē)牌細(xì)節(jié)，所以如果要看清車(chē)牌并不適合用紅外攝像機(jī)，星光級(jí)超低照度攝像機(jī)一出現(xiàn)，就立刻成為平安城市道路監(jiān)控炙手可熱的機(jī)型，只需要利用一些微弱的路燈或環(huán)境光來(lái)進(jìn)行補(bǔ)光就可以呈現(xiàn)明亮的圖像，達(dá)到看清車(chē)牌的目的。

　　當(dāng)環(huán)境光暗到一定程度時(shí)，紅外攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟自帶的紅外燈，主動(dòng)發(fā)射紅外光，照亮監(jiān)控目標(biāo)，再通過(guò)采集場(chǎng)景中原有的光線及反射回來(lái)的紅外光，從而生成圖像，是一種主動(dòng)式紅外。這時(shí)我們所看到的是由紅外線反射所成的影像，而不是可見(jiàn)光反射所成的影像，這樣就可以拍攝到黑暗環(huán)境下肉眼看不到的物體，也就是人們常說(shuō)的可以達(dá)到0lux。但是，如果是比較空曠的環(huán)境，紅外燈沒(méi)有可反射的物體，這樣在圖像的顯示效果就不會(huì)很好了。對(duì)紅外攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，紅外燈的壽命是用戶普遍比較關(guān)注的問(wèn)題，而溫度過(guò)高是導(dǎo)致紅外燈失效的主要因素之一。有研究表明，溫度每降低10°，紅外燈的壽命可延長(zhǎng)1年。因此，紅外燈電路的散熱設(shè)計(jì)、功率大小都至關(guān)重要，尤其是遠(yuǎn)距離紅外，距離越遠(yuǎn)，紅外燈的功率越高，熱量也會(huì)越大，當(dāng)溫度高到一定程度，甚至?xí)绊懙綌z像機(jī)圖像傳感器的效果。這是紅外攝像機(jī)主要存在的問(wèn)題。

　　程敏：在選購(gòu)產(chǎn)品時(shí)，首先明確自己的需求，根據(jù)使用環(huán)境、所需功能等方面來(lái)考慮需要什么樣的產(chǎn)品，這樣在選擇時(shí)比較有針對(duì)性，比如低照環(huán)境需搭配大光圈的鏡頭，霧天環(huán)境需配置有透霧功能的產(chǎn)品，走廊環(huán)境需要有P-iris功能的設(shè)備等等;其次是對(duì)比同類(lèi)型產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)情況，不能單從宣傳上看，比如強(qiáng)光抑制或?qū)拕?dòng)態(tài)效果，最好能對(duì)比各產(chǎn)品的實(shí)際效果然后再做選擇。

　　12、各公司在該類(lèi)技術(shù)的研發(fā)有哪些投入?

　　程敏：投入了大量資源進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究，包括鏡頭、補(bǔ)光燈等光學(xué)設(shè)備的研發(fā)，以及ISP圖像處理算法的研究，并提供各種實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行光學(xué)方案和圖像效果的測(cè)試驗(yàn)證，取得了很多的突破，確保了在效果上不輸與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的同時(shí)，在成本價(jià)格上相比國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

　　程瑋：設(shè)立了自己的研究院，其中就包括了光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)的圖像處理研發(fā)團(tuán)隊(duì)，采用最先進(jìn)的硬件芯片，結(jié)合?？低曌灾餮邪l(fā)算法，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的圖像效果。

　　李偉偉：目前，科達(dá)與光技術(shù)有關(guān)的智能交通前端產(chǎn)品包括微光電子警察系統(tǒng)、四合一電子警察系統(tǒng)?？七_(dá)微光電子警察系統(tǒng)選用低照度元器件，并增強(qiáng)了圖像處理的算法，因而無(wú)需任何補(bǔ)光設(shè)備即可采集高清晰圖像，徹底杜絕傳統(tǒng)電子警察的閃光燈帶來(lái)的光污染問(wèn)題;科達(dá)四合一電子警察系統(tǒng)的補(bǔ)光設(shè)備采用了專(zhuān)利技術(shù)，其閃光燈功率是36J,閃光時(shí)間為0.3毫秒，相比市場(chǎng)上大部分閃光燈的功率是200J、閃光時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3毫秒，科達(dá)電子警察系統(tǒng)的補(bǔ)光效率領(lǐng)先了同行10倍。

　　13、國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)與國(guó)外有差距嗎，如果有，差距在哪里?

　　程敏：國(guó)外對(duì)光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)研究開(kāi)始得較早，技術(shù)積累較成熟，比如像AXIS這樣的國(guó)際巨頭，最早推出Q1602低照度槍機(jī)和Q1604寬動(dòng)態(tài)槍機(jī)，近期又推出了Q1635自動(dòng)寬動(dòng)態(tài)設(shè)備，自適應(yīng)效果處于行業(yè)領(lǐng)先地位

　　海康威視：目前在光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)這部分，國(guó)內(nèi)外的差距已經(jīng)不明顯了。國(guó)內(nèi)很多品牌的光環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)效果已經(jīng)可以和國(guó)際媲美。