低照度摄像机中的关键技术

　　CCD

　　摄像机中最为核心的部件为图像传感器CCD，即电荷藕合器件，而低照度摄像机的最低照度其实是CCD对环境光线的敏感程度，是正常成像所需最暗光线。而照度的单位是勒克斯（Lux），数值越小，需要的光线越少，摄像机越灵敏。

　　目前市场应用最多两种CCD是日本索尼的SuperHADCCD和Ex-viewHADCCD。这两者结构中，在CCD的每个像素上都定位有OCL镜头，该镜头是使光线集中的拍摄感光区域，令感度提高。而ExviewHAD在此基础上更进一大步，使OCL拥有接近零间隙结构，有着更低的SmearLevels，其运用专利技术将CCD每一像素的开口率提高，这令小孔累积层收到最大数量的光线，进而达到更低照度的要求。采用Ex-viewHADCCD的摄像机，对外界光线的敏感程度会大大提高，其感度可以提高到普通摄像机的4倍。

　　同样像素下CCD的尺寸越大其感光度越好，市场上监控用摄像机的CCD的尺寸一般为1/4"和1/3"。当然，影响摄像机低照度的还有以下几个主要方面。

　　帧累积技术

　　1、DSS和Sense-up功能

　　在LG的Sony主芯片的老型号下主要是DSS（DigitalSlowShutter数字慢快门），LGXDI的新型号下为Sense-up（低感度适应）。此类摄像机又称为（画面）累积型摄像机，其获得低照度下图像的方法是通过电荷单帧累积方式增加CCD在单帧图像的曝光量，从而提高摄像机对单帧图像的灵敏度。这种方式也可以获得较低的照度指标，但是需要降低图像的连贯程度，所以选择这种摄像机时要注意尽可能不要同云台一起使用，否则会造成丢失画面的现象。

　　2、帧累积下的噪点放大

　　帧累积获得低照度同时会将噪点同时放大，如果配合降噪技术使用，图像效果会更好，如LGXDI系列型号下的3D-DNR（三维数字降噪）功能，XDI通过DSS技术、3D-DNR技术、以及独有的AGC控制机制，在低照度环境下不仅能使画面变得更亮，并优化移动物体，降低噪声，完美应用于低照度下的监控。

　　AGC（自动增益）

　　相同环境下，摄像机最大增益越大，获得的图像也就越亮，测到的最低照度也就越低，LG测试最低照度规格时为AGC（自动增益）打开状态。

　　光圈

　　以光圈大小（F值）而言，光圈愈大则其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。

　　双滤光片技术

　　DAYMode彩色模式下的OLPF和NIGHTMode黑白模式下的DummyGlass的自动切换。目的是在夜间接受更多的红外光，提高最低照度；白天减少红外光的采集，降低红外光对彩色信号的干扰。采用ExviewHADCCD的摄像机，即使在非常暗的环境下，这种摄像机通常可以看到人眼看不到的物体，这一技术的出现受到了监控市场的欢迎，对各种光照环境下均可表现出最佳的效果，特别是配合专用的红外照明设备，可以得到高清晰度的黑白图像，实现零照度的监控（完全无光的情况下）。在近红外760mm-1100mm的近红外区域，如果配合合适波长的红外照明，就可以实现清晰的黑白图像。

　　低照度摄像机目前的热门技术

　　1、超长光学变焦

　　目前市场上光学变焦倍数最大一体机为LGX37光学变焦的LC900/LM900'S系列一体机。其还具有X12的数码变焦，总共达到X444的放大倍数。

　　2、高水平清晰度

　　高清晰度+长距离变焦是铁路、高速公路等摄取高清晰度和高质量图像的重要指标。目前LG采用12位数字处理和独有处理单元，彩色模式下水平清晰度540电视线，黑白模式下570电视线。

　　3、超宽动态功能

　　大于60dB的LGXDI摄像机的超宽动态功能是目前市场上很高的宽动态范围，使得能分辩的最高亮度/能分辩的最低亮度=1000，即分辩1000倍。

　　4、防抖功能

　　目前LG的摄像机部分型号具备电子防抖功能（EIS功能）。它主要是是通过DSP芯片的数字图象处理技术，来降低图像的抖动。但是就图像效果来看，技术发

　　光学防抖目前技术方法研究有：

　　通过镜头内的微型陀螺仪感应人手的抖动，控制某个特殊镜片反方向补偿来抵消手振；

　　虽然也是通过陀螺仪感应人的手振，但是做补偿的不是镜头镜片，而是整个CCD，好处是镜头不需要特别的设计就能获得防抖能力。

　　低照度的判别

　　目前最低照度测量还无统一国际标准，大型CCD制造商都有自己测量CCD感光度的方法来测量最低照度。最常用的测量最低照度的方法为目标照度法，目标照度表示有多强光线到达CCD靶面。

　　最低照度是当被摄物的光亮值低到一定程度而使摄像机输出的视频信号低到某一定值时光线到达CCD靶面的光亮值。如环境照度是1Lux，相应落到CCD靶面上的照度可能只有0.5Lux，所以选型时应该高一个级别低照度。

　　参照四项主要的参数。尽管“摄像机输出的视频信号低到某一定值时”清晰的定义不同，但有四项主要参数决定结果。即F值（用来测试摄像机用的镜头F值）；色温（光源的色温，即光谱内容）；IRE（视频振幅的IRE等级）；反射率（目标的反射率和背景）。

　　F值，测量低照度时，首先要确定适用何种F值的镜头，F1.0的镜头比F10的镜头能采集100倍的光线，因此在测量中标出F值非常重要，否则结果没有意义；

　　色温，其是表述光源中光线波长内容的方法，不同色温发出不同的光线波长，导致在CCD靶面上产生数目相差甚远的电子数，影响到视频福值，所以色温特别标注对结果的意义；

　　IRE等级，摄影机的视频输出最大振幅设置在100IRE或700毫伏，100IRE的视频表示可完全驱动一个监视器表现最好亮度和对比度的优质影像，只有50IRE的视频表示只有一半的对比度，30IRE或210毫伏表示只有原始振幅的30%，通常30IRE是最低表现可用影像的数值，标准摄影机当自动增益提高到最大增益时噪度等级应在10IRE，因此能提供3:1或10dB信噪比可接受的影像；

　　反射比，目标的反射比和背景能彻底改变测量结果，一个有100%反射率的目标平面上能产生比只有1%反射率的目标高出100倍的光线。

　　信誉好的公司会在以下标准下测量最低照度：F1.2，色温5600K，视频等级30IRE，反射率80%。

　　测量所需工具：氦灯（光源）、可调节氦灯亮度的可调电源、模拟示波器或数字示波器、监视器、照度计、样机(Camera)，测量方法如图1所示。

　　最低照度测试方法：

　　氦灯灯光打向反射性灰度图，摄像机距反射型灰色图1m左右垂直灰色图；

　　确定自动增益模式开，镜头选F1.2；

　　调节镜头使灰色图画面充满整个监视器，灰色图中心位置位监视器中心处；

　　调节氦灯灯光亮度比室外亮度偏高，此时示波器显示的视频幅值应为700mv/100IRE；

　　调节氦灯灯光亮度逐步降低，至示波器显示视频幅值为30IRE，查看并记录图像情况；

　　将照度计的感应头置于摄像机前端，测试此时照度并作记录。多次测量后求其平均，此数据即为最低照度值；

　　若有Day/Night切换功能，那么当光线由强逐渐变弱，就会出现Day向Night模式转换，测其照度。多次测量求其平均，即为Day转Night照度Spec；相反，用同样方法可以得到Night转day照度Spec。(作者：上海乐金（LG）广电电子有限公司陆景鑫)