高清技术产品在电力的应用情况分析

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　　高清技术分析

　　高清技术包含了硬件技术和软件技术，详细类型包括了sensor、SoC(或者DSP)芯片、IR-CUT、镜头、光学玻璃、散热技术、ABF、P-iris、ISP技术、编解码技术、多帧宽动态、3D降噪、智能透雾、智能分析、智能场景识别、智能红外、SVC、ROI、MCTF、图像变形矫正、强光抑制、走廊模式等等，技术非常广、非常多，涉及到了光机电及软件处理技术，其中部分技术是纯硬件的，如IR-CUT、镜头、光学玻璃、散热技术，部分是上游厂家的芯片技术，如sensor、SoC(或者DSP)芯片，部分是软硬件结合的技术，如ABF、P-iris、多帧宽动态、智能红外、智能场景识别等，部分是纯软件的技术，如ISP技术、编解码技术、3D降噪、智能透雾、智能分析、SVC、ROI、MCTF、图像变形矫正、强光抑制、走廊模式，但是部分纯软件要依赖一些硬件资源才能使用；另外这些技术，大部分是在标清时代已经有的，只是在高清时代对其进行了发展，部分技术是高清时代独有的或者是在高清时代才大量使用的技术，比如ABF、P-iris、SVC、ROI、MCTF、图像变形矫正，这些都是为解决高清时出现的一些问题而新推出的技术。下面就来说说高清技术的发展历史，重点讨论一下sensor和SoC芯片的发展。

　　谈到高清技术，先简单说一下监控使用的几种主流图像分辨率，如下：

　　●QCIF：176×144

　　●CIF：352×288

　　●4CIF：704×576

　　●D1：720×576

　　●WD1：960×576

　　●1M(720P)：1280×720

　　●1.3M：1280×960

　　●2M(1080P)：1920×1080

　　●3M：2048×1536

　　●5M：2560×1920

　　●6M：3072×2048

　　●8M(4K×2K)：3840×2160和4096×2160两种

　　如上所列的分辨率，当分辨率达到或者超过720P，就称之为高清图像，但是目前有部分厂家把WD1分辨率也宣传为模拟高清，WD1分辨率是SONY为了适应16：9的宽屏显示而推出的模拟摄像机方案，后来其他一些模拟摄像机方案厂家也陆续推出了WD1的摄像机方案，其线数也从最初的600线、650线，发展到现在很多摄像机厂家宣传的900线，部分厂家甚至宣传1000线，指标宣传有些过了，其所用的sensor也从原先的CCD，发展到现在大部分用CMOS，这就是现在大家经常所说的模拟高清，其产品也定位低端，价格便宜。

　　对于真正的高清摄像机，分辨率从720P开始，几年前刚开始研发高清摄像机的时候，主要是使用低端的CMOS图像传感器来开发，部分选用SONY的高清CCD来开发，但是那些都是工艺很老的传感器。这些图像传感器在芯片厂家设计的时候，都不是针对安防监控的，所以使用起来效果不好，最大的问题就是低照度下图像质量很差，根本无法实现昼夜监控。在开始两三年时间里，高清摄像机发展缓慢，基本都是130万像素的，少部分为200万像素，那时高清技术的发展，还受制于SoC(DSP)芯片、IR-CUT、高清镜头，只能使用TI的DSP芯片来开发高清摄像机，IR-CUT效果也不好，都是标清的，高清镜头也很少，价格也昂贵。

　　不过，随着高清化的大规模宣传，产品使用慢慢增加，一些上游器件厂家针对安防产品，进行了针对性的开发，比如CMOSsensor厂商，最开始只有OV和Aptina，后来SONY跟进了，推出了专门针对安防的Exmor系列CMOS传感器，包括IMX035和IMX036，分别为130万像素和300万像素，推出后，多数大厂商都采用了，它具有较好的照度、色彩和信噪比，后来Panasonic也跟进了，推出了MN34031(130万像素)和MN34041(200万像素)，其效果比SONY的更好，特别是低照度，所以也有很多厂家使用。

　　与此同时，SoC芯片厂家也推出了针对安防的芯片，包括海思、TI、Ambarella、Maxim、GrainMedia等厂家，其中前面3家使用得较广，并且发展不错。

　　后来，Aptina相继推出了新的130万图像传感器9M034和AR0130，具有良好的性价比，大大推动了130万像素摄像机的发展;SONY从2012年开始到2013年，突然发力，推出多款sensor，包括了IMX122、IMX104、IMX076、IMX138、IMX139、IMX140、IMX136、IMX172、IMX185、IMX236、IMX178、IMX222，这些sensor覆盖了130万、200万、600万、1000万以上的，帧率有30帧、60帧、120帧，数据接口有CMOS、LVDS、MIPI，同时SONY对芯片工艺进行了大幅度的改进，不仅改善了色彩效果、信噪比，还大幅度提升了低照度效果，另外部分图像传感器，专门加强了感应红外光的效果，让产品的使用场景更广泛;同时SONY推出的大靶面的200万sensorIMX185，目前一些大厂家用来做星光级摄像机，效果非常好。从SONY的芯片规划来看，今年还会推出一些sensor，包括IMX238、IMX137、IMX123、IMX124、IMX226，主要是增强红外效果，补缺300万sensor，其中部分已经推出。同时Panasonic也会推出系列的CMOS图像传感器，包括MN34220、MN34210、MN34229、MN34219，也大幅度改善了芯片工艺，尺寸减小，信噪比提高，低照度提升，相信也会有不少厂家使用。

　　同时SoC芯片也得到了很大的发展，特别是海思和Ambarella，不断的推陈出新，Ambarella主打图像质量和编码技术，并有4K的解决方案，海思主打低成本。

　　由于高清摄像机方案的发展，带动了高清摄像机其它部件的发展，包括高清镜头、IR-CUT、光学玻璃(增透)，同时由于图像是高清的，对聚焦要求很高，焦距稍有偏差，图像就会模糊，所以就出现了ABF(自动后焦技术)来解决高清虚焦的问题;同时出现了P-iris(精确预置光圈)来增加图像清晰度和景深，提高了图像质量。另外，为了降低高清的码流，应用了SVC(可伸缩视频编码)技术和ROI(感兴趣区域编码)技术。由于像素越来越高，部分摄像机使用了鱼眼镜头来开发全景摄像机，带来了图像变形，从而需要使用图像变形矫正技术，对图像进行矫正。还有其它的一些技术，也在高清时代得到了很大的发展，如编解码技术，现在H.265已经开始使用了，其码流大小相比H.264来说，可以降低一半，对于减小带宽和存储，以及更高像素的发展，都有非常大的好处。

 　　高清摄像机将在电力行业得到广泛应用

　　现在电力行业视频监控建设中，图像分辨率仍然以标清为主。一方面是由于标准制定的相对滞后：高清技术及产品在近两年才得到飞速发展，电力行业视频监控标准的修编尚未跟得上;另一方面是因为现有高清技术、产品对传输带宽、解码设备性能的要求成倍增长也使电力行业望而却步。大家都清楚，电力行业综合数据网为了保障生产设备的信息畅通和及时性，能够分给视频监控等信息化系统的带宽并不多，在原来可以传输10路视频的有限带宽里现在只能传输3-5路视频，势必影响高清视频在电力行业的推广。

　　同时，现有电力行业视频监控系统，其承载的职能绝大部分为生产现场安保等简单的场景监控职能，其场景中人员少、画面变化少，标清视频基本可以满足基本使用要求。

　　因此，现在无论是南方电网还是国家电网，其招标需求中高清摄像机的需求量都非常少。以变电站视频监控为例，每个变电站也就使用1-2台高清摄像机。这些高清摄像机的使用场景如下：

　　●变电站大门监控：使用1台高清固定摄像机，安装在正对变电站进出大门的位置，对进入变电站的人员、车辆进行实时监控并录像;

　　●变电站全景监控：这种需求一般使用1-2台500万左右的高清鱼眼全景摄像机，架设于主控楼的楼顶，每台摄像机可监控180°场景，这样实现整个变电站的生产场景监控。

　　其实，由于高清视频技术及产品的发展，图像监控所能够承载的职责可以更多：以前仅仅看得见，现在可以看得清晰;以前只能看清场景，现在可以看清细节;以前每路高清视频需要带宽4M，现在3M甚至更低就可以实现……同时，一些基于高清视频的视觉识别技术也在悄然发展着，这些都在为高清视频更广泛的应用提供着发展空间，我们不难预测在未来的3-5年，高清视频可以完全取代目前的标清视频，成为视频监控用户的主流选择。

　　结束语

　　目前，一些经济较发达省份的电力用户已经关注到了高清视频技术及产品的发展情况，并且也逐渐意识到了高清视频在现实应用中可承担更多的职责。因此，类似江苏电力等用户，在招标中开始大量使用高清摄像机，并赋予了高清视频监控系统辅助设备安全生产的重任，为高清视频监控系统在电力行业的应用开创了一片新天地。

　　中兴力维运用众多高清技术，开发出了星光级高清摄像机ZNNCMP-G200N-95-NC8A-0，具有0.001Lux的超低照度。随着电力用户的逐渐接受，会更加推动高清技术及产品的发展。

　　【作者单位：深圳中兴力维技术有限公司】

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