文/汤杭峰

2010年是安防公认的国内视频监控的“高清元年”，也正是从这一年起，中国主流厂家开始纷纷推出高清监控系列摄像机。高清监控摄像机开始逐步从“看得见”往“看得清”再到“看得明白”方向发展。“十二五”期间，我国经济保持高速发展势头，各重点行业基础设施建设不断产生新的安防需求。根据中国安全防范产品行业协会发布的《中国安防行业“十二五”（2011-2015）发展规划》，到“十二五”末期实现产业规模翻一番的总体目标。年增长率达到20%左右，2015 年总产值达到5,000 亿元，实现增加值1,600 亿元，年出口产品交货值达到600 亿元以上； 2012 年至2016 年市场规模年复合增长率为20.40%；按数量统计，2012 年至2016 年市场规模年复合增长率为23.50%。同时随着社会财富的积累，人们对安全的消费需求不断增加，近两年民用安防市场潜力逐步被有效地激发出来。市场业务应用不断的往纵向深度和横向广度拓展，品牌层次，行业集中度加速提高，行业转向全方位理性竞争，技术创新成为竞争的核心。“珠三角”、“长三角”、“环渤海”的三大集群安企高清监控摄像机具备的主流技术表现在下面几点：宽动态、透雾、智能分析、高像素、星光级。

宽动态

宽动态摄像机技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。当在强光源(日光、灯具或反光等)照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。宽动态摄像机的技术特点是运用宽动态主要解决摄像机的逆光补偿问题。

宽动态从2011年到现在也经历了几次技术迭代发展，最早出现的是数字宽动态，数字宽动态。数字宽动态并没有达到真正意义上的扩大成像动态范围的目的，而是通过软件的图像后处理算法提高了局部区域的对比度，一般由摄像机ISP模组实现。我们肉眼可辨别的灰阶范围十分有限，而实际上计算机却可以区分非常微弱的灰度差异，数字宽动态正是通过图像处理算法将这些微弱的差异增强到肉眼足以区分。之后在CCD硬件技术基础上出现了双帧合成宽动态，解决方法就是用一颗CCD,但是上面的每一点在单一时间内曝光两次,一次长曝光(低快门),一次短曝光(高快门),所以每一点都有两个数据输出,就叫“双输出CCD”，利用DSP特有的图像处理算法，将两幅图像当中亮度适当的部分分别切割下来，最后进行叠加合成并输出一幅明暗区域都清晰可见的图像。无论是数字宽动态还是双快门宽动态，其宽动态效果均不理想。随着DSP和CMOS技术的演进，DPS采用的是每一个像素单独曝光和控制技术，加之利用CMOS传感器采集的多帧画面合成一幅完整图像的线性叠加，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。从数值上来说，采用DPS技术的CMOS摄像机就目前的处理技术，其动态范围即可到达120dB甚至140dB。宽动态技术已经成为衡量一款摄像机性能的重要指标。就目前来看，标配宽动态功能，已经成为各IPC厂商的共识。像大华股份近几年在宽动态技术上就有深厚的技术积累和沉淀，2015年IPC全系列产品（行业和渠道）都标配了120dB真实宽动态。如下就是实际测得宽动态效果图：

透雾

日常生活中见到的包括雾霾在内的各种沙尘、雾、雨、雪等恶劣天气，以及各种大气溶胶、光污染等非正常环境，都会对摄像机的成像效果产生很大的负面影响。对于治安监控、道路交通、港口航道等重要监控应用领域，这时候的监控系统工作效率就会很低。如何能够“看得清”，就成为需要迫切解决的现实难题。大华股份提供的高清透雾技术，使得解决这一难题成为可能。

透雾监控需求最早出现在港口边防等国防应用，一开始相关产品都只在透雾镜头上做研究，研发了一种光学透雾技术，也就是我们通常所说的第一代透雾技术。光学透雾采用针对红外波段成像特殊优化的镜头，通过滤光片对特定近红外波段光线进行截取，从而利用雾气中的红外光进行成像。光学透雾对于雾气的穿透力非常强，成像效果表现较好，但由于是红外波段成像，所以呈现的也只能是黑白图像，并且这种透雾方式设备成本投入较大，一般用户有需求但会望而却步。

随着近几年国内雾霾天气环境的恶化，市场对于透雾摄像机的需求非常强烈，由于光学透雾镜头较为昂贵，为了降低透雾摄像机的身价，也为了实现更好的透雾效果，主流IPC厂家都开始在摄像机视频图像透雾算法技术上做研究，算法透雾可根据物理上雾霾的形成模型，通过局部区域灰白程度判断雾霾的浓度，从而复原出清晰的无雾霾图像。算法透雾能够保留图像的原有色彩，同时能够大幅提升图像透雾效果。以大华股份为例，已在全系列高清摄像机产品中不同程度的运用了透雾技术，配合更好的感光器件、镜头以及编码算法，提供尽可能接近真实场景的视觉效果。同时透雾技术与智能化技术相结合，除了人眼直接感知外，也为视频智能分析提供了更好的分析环境，有助于大幅提高视频分析的准确率，改善对不同场景的适应性。从此不必再担心雾霾天气中看不清车牌，看不清目标特征。如下就是大华高清网络摄像机针对由烟尘、雾气、灰霾等成像特征建模，采用图像处理技术有效恢复细节和色彩，获得准确、自然的透雾效果。

智能分析

高清网络摄像机从2011年推出的移动侦测、视频遮挡等两三个智能分析功能，发展到如今，几乎所有的主流安防厂家高清网络摄像机标配的智能功能都超过10种，当然目前这些智能功能的标配绝大多数仅局限于中高端行业产品中。按市场业务应用来分，这些智能分析功能可以分为如下几点：

诊断类智能分析。高清网络摄像机的诊断类智能分析主要是针对视频图像出现的黑屏、模糊、云台失控、画面冻结等常见的摄像头故障、视频信号干扰如场景变更、物品遗留/消失等进行准确分析、判断和报警。诊断类智能分析技术实现起来较为简单，通常这些智能功能都集成在前端，当然后端如NVR也有做类似这样的诊断类智能功能。

识别类智能分析。高清网络摄像机的这项技术偏向于对静态场景的分析处理，通过图像识别、图像比对及模式匹配等核心技术，实现对人、车、物等相关特征信息的提取与分析。在对车的识别分析应用上主要是车牌识别技术。车牌识别技术被广泛应用于各停车场出入口、高速公路收费站等地，近些年更是发展迅速：配合交通电子卡口系统，车牌识别技术被大量用于车辆交通违章的抓拍，有效降低了车辆交通违章数量，大大减少了交通事故的发生。而对人的识别上主要还是以人脸检测为主，识别主要是通过后端的人脸比对服务器或数据库。相信未来几年，随着芯片图像处理能力技术的日益成熟，现在通过后端实现的一些识别分析技术可以通过嵌入式芯片前置在高清网络摄像机内，实现人脸的识别、人性别、年龄、以及体貌特征。

行为类智能分析。高清网络摄像机该项技术侧重于对动态场景的分析处理。典型的功能有：车辆逆行、防区入侵检测、人员聚焦检测、绊线穿越检测、快速移动、人员徘徊检测和客流统计等。移动侦测(VMD)是该类智能分析中的“早期智能”，VMD依据视频画面中像素块的运动变化来进行判别，由于是二维的图像智能分析，误报较高，无法识别移动的像素块是干扰还是目标，再加上各安防厂家之间的算法技术差异，行为类和识别类智能分析的准确率普遍不高。虽然现在智能分析的准确率有待提高，但大华股份还是第一时间把通用的中高端行业产品具备的智能功能加载到了渠道产品中。在主流安企中，大华股份应该是第一家把这些多达10几种的智能分析功能分享给广大的分销客户，让他们也体验到行业用户才能享受到的多种智能分析服务。不管这些分销客户对于这些智能分析功能用不用的到，同样的价格，有总比没有要好，万一以后这些智能分析功能需要呢。

高像素

2010年高清元年推出的还只是720P高清网络摄像机，一直到2012年，主流安企高清网络摄像机还是以130万和200万为主，300以上像素还很少。随着CMOS技术的引入，高清网络摄像机像吃了一剂强心针，在2013年后，300万、400万、500万、600万、1200万像素的摄像机像雨后春笋一般冒上来，这就是技术的创新带来了产品体系的创新。在现有“珠三角”、“长三角”、“环渤海”主流安企中，几乎高像素成为各厂家的标配，甚至4K成为各厂家的标配。对用户而言，4K不仅仅是对视觉的体验和享受，而是4K的分辨率是1080P的4倍，如果用4K摄像机和1080P摄像机拍摄相同视场角下的同一场景，4K摄像机会用4倍于1080P摄像机所用的信息量去还原场景，画面自然更清晰、更贴近真实。从“用”的角度来讲，由于4K画面的信息量是1080P的四倍，基于更多的信息量，就能实现更准确的智能分析，4K一旦大规模部署，智能分析的准确率就能上升一个台阶，而且也会有更丰富更令人惊喜的智能应用得到实现。比如在一个监控系统中，必然会有个别点位是需要特别关注的，可能是一个广场、可能是一条主干道、可能是一个警戒区。对于这些地方的图像是越清晰越好。所以目前在一个监控系统中，大规模部署的还依然是1080P、720P的高清摄像机，它们所呈现的清晰度已经能满足现阶段绝大部分用户需求了，但在个别重要点位，如果使用4K超高清作锦上添花，就能达到用不多的成本投入实现非常好的监控效果的目的

值得留意的是，最新H.265标准基本继承了H.264的框架，其中采用了大量全新的技术。在高清分辨率下，这些新技术的使用可以使H.265的压缩性能相比H.264提升一倍。目前200万、300万、400万、500万H.265摄像机已经在多家安防知名企业率先登陆市场。由于目前H.265芯片方案限制，其像素最高只支持500万像素，所以H.265编码的4K摄像机到现在都未诞生。值得欣慰的是，H.265由于其算法本身的特点，在4K这种更高分辨率的编码处理上效率会更高。几个知名平台厂家也都在大力研究支持超高像素的H.265芯片并取得的明显进展，只是还没有到批量生产阶段。由此可以看出，H.265必然会成为未来4K甚至8K分辨率的最佳选择。未来两年H.265编码的4K产品将会在市场得到广泛应用，特别是类似平安城市、医疗、金融等高端行业用户。4K技术视频应用结合图侦系统做更高精度的数据挖掘，提升了视频的监控效果，使画面的细节更加突出。图侦系统中常用特征检索、图像浓缩等功能在4K技术的加入后它的准确性、易用性会得到更大的提升。大华股份作为4K高像素的先行者，不仅H.264编码的4K产品形态全有，而且H.265编码的4K各产品形态在2015年安博会上率先亮相。

星光级

随着平安城市、智能交通等行业基础项目的大规模建设，传统红外摄像机照射距离短、效果衰减、光线不均匀、发热量大、使用寿命短，晚上为黑白画质。利用算法帧累积做的低噪度摄像机晚上黑白画质，延时拖尾，画面不连续。在这样产品功能与市场需求相背离市场状态下，星光级摄像机应运而生了。行业内公认0.001Lux及以下称之为星光级摄像机，最具代表性的星光级摄像机就是TI DM8127/安霸S2+索尼IMX185硬件方案，目前广泛应用于平安城市、金融、酒店楼宇、平安村居、港口、高速公路等项目中，无需大规模安装补光照明设施，就可以得到较好的夜间高清彩色监控画面需求。星光级照度监控技术主要受镜头、图像传感器、后端图像处理技术等因素的影响，各安企厂家也都是从以下几个方面进行提升：

利用大光圈镜头：镜头是摄像部件的重要组成部份，它在低照监控应用技术上的作用是为摄像机聚焦被摄目标的光线，这里的低照应用与技术关键在于镜头的口径越大其进光量也会越大，也就是镜头光圈的增大可有效提升进光量，从而使摄像机获得理想的低照度效果。

选用大靶面传感器：摄像机的本质就是把光能转化为电能，而量化的核心部件是传感器，传感器的作用就是把传到它身上的不同强度的光线进行光电转换，转换成电压信息最终生成数字图像信息。而传感器上接收光线的部位自然是核心中的核心。如果相同分辨率的摄像机，图像传感器靶面面积越大，则其单位像素进光量就越大，抑制噪点能力越强，低照度拍摄时，成像画质也越好。

良好的图像处理技术：以往的摄像机采用传统的2D算法来实现降噪功能，而现在采用的3D降噪技术，在原有的帧内降噪基础上，通过对前后两帧的图像进行对比筛选处理，从而将噪点位置找出，对其进行增益控制，3D数字降噪功能能够降低弱信号图像的噪波干扰。由于图像噪波的出现是随机的，因此每一帧图像出现的噪波是不相同的。3D数字降噪通过对比相邻的几帧图像，将不重叠的信息(即噪波)自动滤出，采用3D降噪的摄像机，图像噪点会明显减少，图像会更加清晰透彻，从而显示出比较纯净细腻的画面。大华股份从2013年开始就致力研究星光级产品的开发，下图就是大华股份的星光级球机效果对比，星光产品覆盖到各个产品形态和产品系列。（枪机、红外枪机、半球、球机等等）。

结束语

这里所阐述的高清监控摄像机主流技术只是其中一部分主流技术，而非全部，比如还有低码流、高帧率、宽电压、3D降噪等主流技术，也许五年后回头看，这些技术都只是冰山一角。随着“互联网+”在今年3月写入国务院政府工作报告，在国家层面制度了“互联网+”行动计划和中国智造2025战略。“互联网+”的核心就是通过计算机互联网技术进行深度的跨界融合，推动产业转型升级，不断创造出新产品、新业务和新模式，构建连接一切的新生态。无人机、机器人、各种感知状态摄像机、智能家居摄像机、太阳能供电摄像机等新产品形态，行业著名人脸识别技术公司Face++、Sense Time都带来了基于计算机视觉和深度学习技术的商业领域产品。在当下大众创业、万众创新的新一轮技术革命和产业变革浪潮中，今后会有更多的科技型新鲜血液加入到安防这个大生态链。大华股份也清晰的看到了当下大安防的生态环境以及未来的技术趋势，积极实施以基础技术创新带动体系技术创新，转而实现应用技术创新的战略。同时发展以服务、品牌、质量为核心的新产品、新产业和新市场。做好创新转化为产业活动的“加法”，推动新技术、新产业、新业态、新机制的多维度融合发展，“无中生有”、有中创新，不断释放新需求，创造新供给，发现和培育大安防新增长点。