一体化摄像机概述及技术瓶颈

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经过数十年的发展，一体化摄像机打破了国外产品独霸市场的局面，越来越低的价格吸引了人们的目光。现在，一体化摄像机以传统摄像机无法比拟的独特性成为CCTV的新宠。国内厂商努力正寻找突破口打造国产品牌与国外产品一争高下，但技术上依然存在难题。
文/杭州海康威视数字技术有限公司 伍仲祥

发展概述

“一体化摄像机”是个容易被混淆的概念，一般认为一体化摄像机集摄像机、变焦镜头于一体，具有自动聚焦（AF）及变焦功能，简称一体机，并区别于红外日夜两用型一体机及半球型一体机。近年来，一体化摄像机受快球／匀速球的迅猛装机量的影响而受到用户的欢迎，特别是一体化摄像机引领的快球等设备在“平安城市”、“科技强警”工程中担纲主角。现在市场上的一体化摄像机具有监控范围广、性价比高等优点，而传统摄像机定位系统不够灵活，多需要手动对焦。

1998年，一体机正式出现在国内本土市场上，但基本上都是国外产品。目前国内一体机市场上，主流依然由Sony、HITACHI、Samsung、CNB、LG所统领。一体机技术从家用摄录机发展而来，主要由变焦镜头、CCD和DSP处理模块组成。其最大的特点是具有自动聚焦功能。相对模拟摄像机而言，一体化摄像机质量标准可以得到较好的控制。CCD供应商以Sony为主，限于镜头尺寸大小，普遍采用1/4 CCD，在DSP处理芯片上，主要有Sony、Canon、Nikon、Samsung这几大国外品牌。国内外能够掌握变焦与自动聚焦镜头的厂商数量不多，主要是一些日本厂商，如Canon、Computar、Avenir。目前，国产光学镜头很难达到一体机的性能要求。使用于一体机镜头的电机包括步进电机和直流电机。步进电机升温快，使用寿命相对要短，特别是在球机这样封闭性的环境下，如果导热不够好，元器件及芯片就很容易损坏；至于直流电机，因为其成本高，使用率比较低，因此市面变焦镜头仍以步进电机为主。

主要的性能指标

一体化摄像机可以方便地对镜头倍率、聚焦、光圈、自动增益进行控制，主要性能指标如下：

分辨率
摄像机的分辨率由CCD和镜头决定的。根据一体机采用的CCD及DSP方案的不同，主要有480／520／540TV线等多种。Sony CCD是常用的类型，Exview性噪比高于Super HAD。

光学变焦
光学变焦倍率是衡量一体化摄像机空间成像范围的重要指标。光学变焦倍率跟变焦镜头相关，目前一般有10X／18X／22X／27X／36X等倍率，如果加上电子放大功能，则可对约500米范围内的目标进行有效监控（如图1所示）。

自动聚焦
当前，限制国内一体机发展的瓶颈在于自动聚焦。聚焦速度和效果好坏，直接影响到用户对监控现场图像的抓取和录像。好的产品，可以一次性准确聚焦；差的产品，在聚焦时会来回往复，需要3、4次才能定焦，或者聚焦不到“最清晰点”。自动聚焦这一技术，成为厂商急需要解决的技术难题。一些厂商为了避开这个障碍，只能在后端的电机控制部分、产品外壳上下功夫，加上一些OSD菜单开发，用来设置摄像机的各种参数。更有图省事的厂商，直接采用进口机芯做二次开发，图像画质上与国外产品无多大差别，AF效果却无可比性。

AF性能，可从聚焦精准度、聚焦速度、定焦效果来评价。聚焦精准度是一个很重要的因素，目前自动聚焦的实现方式有模拟自动聚焦和数字自动聚焦两种。模拟自动聚焦比较简单，成本低，但控制没有数字方式灵活，聚焦精准度及效果较差。数字自动聚焦一般采集视频信号，计算能量边缘算子或者提取高频分量，控制上很灵活并且算法上占优势，聚焦精准度较好，包括高对比度场景和低照度场景的聚焦。聚焦速度来说，用于球机的机芯比一体化枪机的要求要高。就定焦效果来讲，性能好的AF算法能够迅速一次定焦，三次定焦的方式给用户感觉是“图像来回摆动”。

低照度
通常，最低照度由CCD的灵敏度决定的。目前，采用1/4“彩色CCD可达到0.1Lux级别的照度，为达到更低照度，一般采用帧积累模式。另外，采用红外阵列补光模组，也可达到更低照度，但这会使画面失真程度较大，而使用自动滤光片切换能提高晚上图像效果。

通讯接口
一般是RS232或RS485接口，有多种485通信协议。常用的品牌有有PELCO-P/D，松下，三星。然而与球机的接口协议就各不相同，协议的不同会带来兼容性问题。

其他
除以上5类重要性能指标外，还有白平衡模式、数字放大开关、自动光圈/手动光圈、镜像功能等性能指标。

技术发展

突破自动聚焦技术瓶颈只是国内一体机发展的一个起点，从技术发展来看，一方面，提高成像质量需要更高的镜头倍数、更高像素数与高信噪比的CCD。另一方面，网络化与智能化是一体机发展的方向。在一体机内部嵌入IP处理模块，使其具备网络功能。智能化主要表现在目标锁定、自动跟踪功能，结合自动跟踪技术，一体机可锁定用户感兴趣的目标。海康威视结合自身的IP优势及正开发中的智能视频分析技术，致力于提高产品在市场上的竞争力。经过几年的技术积累，海康威视对一体化摄像机进行了深入研究，采用拥有自主知识产权的自动聚焦／自动曝光算法，成功开发出高性能一体化摄像机。

结束语

一体化摄像机应用初期，人们普遍认为一体化摄像机价格太高，影响了一体化摄像机的市场开拓。而最近两年人们看到，一体化摄像机市场应用呈快速增长之势，价格却不断下降。不论是从综合性价比还是实用性来说，一体化摄像机都具有其独特的魅力，并成为CCTV监控系统的新宠。国内厂商暂时无法在技术上与国外厂商抗衡，但国内厂商在突破了一些技术壁垒后，不久的将来，市场格局的变动将会展示出另一番景象。