高线模拟摄像机的技术与应用

　　安防视频监控发展20多年以来，伴随着CCD技术和DSP技术的“摩尔定律”式迭代变更，视频清晰度从最初的模拟300线发展到最新的高清1000多线，特别是2010年以来，高清产品层出不穷，其又可分成960H模拟高清、HD-SDI数字高清和720p/1080p网络高清等三大类型，正如各大菜系满足不同口味一样，多样化高清满足着各种不同的用户需求。而高线模拟摄像机，以其鲜明的特点，必将在接下来的几年时间内占据主流市场。

　　高线模拟摄像机特点

　　摄像机的清晰度一般以电视线TVL表示，比如480TVL、540TVL等，业内对650TVL或以上的清晰度称为模拟高清。一般来讲，决定摄像机的清晰度主要有三个方面，分别是CCD传感器、ISP图像信号处理单元和镜头，本文将从这三方面探讨高线模拟摄像机的技术特点和应用。

　　1、CCD传感器

　　用来描述CCD传感器的清晰度指标是CCD传感器水平方向的有效像素，当前市面上主流的两种标清CCD的有效像素分别是510H和760H，分别对应着CIF、和D1的清晰度。虽然通过ISP优化，摄像机水平清晰度可以从540TVL提升到560TVL，但因为受限于CCD本身有效像素点的数量，仍达不到模拟高清所需的650TVL，因此要实现模拟高清，CCD传感器必须采用960H。

　　目前市场上的模拟高清采用的都是SONY在2010年安博会上发布的EXVIEW HAD CCD，其水平有效像素达到976H，相对于760H，960H在有效像素上提升了30%，低照灵敏度也提高了一倍。反映到视频图像上，因为水平像素点从44万增加57万，图像细节增多，图像更为清楚，低照下图像噪点更小，画面更加清晰。从图1可以直观地对比出三种规格的CCD对画面的影响。
 

图1  960H相对于760H像素点的变化

　　对三种规格的CCD更详细的说明参考下表：

　　制式960H CCD 传感器760H CCD 传感器510H CCD 传感器

　　有效像素PAL976 (H) × 582 (V)大约570K 像素点752 (H) × 582 (V)大约440K 像素点500 (H) × 582 (V)大约290K 像素点

　　NTSC976 (H) × 494 (V)大约480K 像素点768 (H) × 494 (V)大约380K 像素点510 (H) × 492 (V)大约250K 像素点。

 

　　2、图像处理单元ISP

　　ISP的主要功能有解马赛克（图像插值）、3A、伽玛校正、图像去噪、宽动态、等功能。要支持模拟高清，ISP必须要支持960H CCD，以实现650TVL以上的水平清晰度，如图2所示的是采用960H CCD和EFFIO ISP方案的大华高线模拟摄像机的实测效果。
 

图2 960H CCD + ISP 效果

　　除此之外，为了适应更多应用和，模拟高清ISP在图像去噪、宽动态等功能上有了很大的提升。模拟高清ISP降噪技术从传统的2D降噪升级到目前前沿的3D降噪，在原有的帧内去噪的基础上，增加了帧间降噪的功能，S/N比760H的摄像机提高了13dB左右，降噪效果更为明显，图3所示的是大华700线超低照度摄像机DH-CA-F781EP的实测效果。
 

图3    700TVL低噪效果（左为540TVL，右为700TVL）

　　在宽动态处理方面，模拟高清ISP也实现了帧间宽动态技术，动态范围提高到120dB（合600多倍），大大超过了原有的160倍，使图像明暗部分的细节都更加清晰、更接近人眼看到的实际效果，图4所示的是大华700线超宽动态摄像机DH-CA-F581EP的实测效果。
 

图4  700TVL 宽动态效果（左为540TVL，右为700TVL）
 

　　3、镜头

　　摄像机镜头是视频监视系统的关键设备之一，它的质量（指标）优劣直接影响摄像机的整机指标。为满足清晰度要求，高线模拟摄像机应选用百万像素镜头，以达到更好的效果。

 

　　高线模拟摄像机在银行营业厅监控的应用

　　银行营业厅是银行和客户财务交接的重要场所，对安全级别要求较高，基本上都已经安装有模拟视频监控系统。针对日益复杂的外部环境、犯罪手段和形式的不断变化，对于现有的视频监有更高的要求，实现视频监控的高清和智能，以提升视频监控系统的安保能力。由于银行营业厅环境比较特殊，正常情况下摄像机都要同时拍摄室内、室外两种场景，而室内、室外两个场景的亮度往往会相差很大，要想同时看清两个两个场景，摄像机的动态范围越高越好。传统的摄像机受其动态范围限制，在这种场景很难调出一个好的图像效果。960H的宽动态摄像机凭借其良好的动态范围，很容易就调出明暗处清晰度都很好的图像效果。监控也是典型的宽动态和低噪场景，因此对摄像机的要求更为高。
 

图5 营业厅混合高清视频监控

　　如图5所示，监控点部署如下：

　　营业厅门外：部署700线模拟高清红外一体摄像机，实现营业厅外部环境昼夜监控；

　　营业大厅：部署700线模拟高清宽动态摄像机或网络高清摄像机，实现大厅人员脸部的清晰监控，为实时监控和事后取证提供有力的图像支援；

　　营业柜台：每个营业窗口部署一台700线模拟高清宽动态摄像机，实现柜员日常情况监控，规范操作，提供服务质量；

　　内部办公区域：每个相对封闭的办公场地内部部署700线红外半球摄像机，对办公室内部情况进行监控，规范工作，防范内部财产丢失。

　　当前视频监控系统与其他消防火灾预警系统独立运行，无法实现烟雾或者火灾预警时的联动视频画面。大华股份还针对此需求推出了集成烟雾感应和温度感应的摄像机，实现了火险系统的可视化管理。烟雾感应和温度感应摄像机通过摄像机内部集成的烟雾传感器和温度传感器可以实时监测周围环境状况，通过摄像机上的RS485通信线与DVR通信，实时反馈环境温度和烟雾信息并显示在终端画面上。当烟雾、温度超出警戒线时，摄像机和DVR可以同时产生报警信号。

　　具体应用方案如图6所示
 

图6 960H高分辨率视频监控与可视化火灾报警解决方案

　　在此方案中，配合具有国家专利权的烟感、温感检测功能摄像机，后端960H DVR，实现预览及存储视频的温烟感信息叠加与报警联动，火灾预警系统与视频监控系统的完美融合，实现火灾报警系统可视化。

　　总结

　　因为有如下一些特点，高线模拟摄像机的市场容量在今后3年内仍将持续增长：

　　·输出标准的CVBS信号，完全兼容原有的模拟标清系统，传输介质、传输距离、工程施工等都没有改变，只需要更换模拟摄像机，就可以提升清晰度，如果配上大华的960H DVR，不仅清晰度能大幅提升30%，并且有更好的宽动态、低噪效果；

　　·对工程商而言，工程施工方式不需要改变，不用额外培训，符合原有的工作习惯；

　　·模拟信号全兼容，在出现故障时也很容易定位和排除，而网络高清系统需要解决设备兼容问题，出现故障时需要先排除复杂的网络问题；

　　·高线模拟摄像机延续了模拟机系统的优势，不需编码，无延时，图像还原效果更为逼真；

　　·性价比较高，大华股份推出了高线模拟摄像机+960H DVR整套解决方案，码流控制在2.5M左右，比D1增加25%，对整个系统而言，在增加30%的清晰度的情况下，模拟高清系统比D1标清系统造价提升不到20%，随着模拟高清的不断普及，造价提升的额度将降低到10%左右。

作者：浙江大华技术股份有限公司产品经理
 

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