高清摄像机主要性能测试报告

高清摄像机主要性能测试报告轨道交通视频技术实验室摘要：阐述高清摄像机主要性能测试的目标，从标准的光学测试环境、测试光源选择、测试依 据三方面说明本次测试的测试环境，根据测试数 据，从码流信息、视觉分辨率、色彩还原度等10 个角度分析高清摄像机的关键功能和性能，得出 测试结论。 关键词：高清摄像机；视频监控；功能测试；性 能测试联合参与，上海电信测试中心派技术人员参加测试，并对测试数据进行分析处理。测试目标：通过测试结果分 析，得出各品牌IP摄像机的性能，通过对测试数据的分 析比较，提出适合铁路行业要求的高清摄像机设备选型 建议。2测试环境2.1 标准的光学测试环境测试地点设置在视频实验室，采用标准的光学测试 环境，包括色温照度计、分辨率测试卡、24色色彩测试 标版、Q14灰阶卡校色板、几何畸变测试图卡、台式摄 像头测试灯箱等设备，以保证高清摄像机成像能力测试 结果的标准性和权威性。随 着用户对监控级摄像机体验的要求增高，视频监控已逐步迈入高清时代。相比于传统的模拟视频监控摄像机，只用720P/1 080P这一个属性无法让用户对 高清摄像机的特性了解得更全面。摄像机本身的很多参 数会对项目的设计、建设、集成产生影响。因此，根据 用户的关注点，轨道交通视频技术实验室（简称视频实 验室）对高清摄像机的功能和性能进行研究测试，希望 通过测试数据给用户提供帮助与参考。此研究测试是针 对部分高清摄像机的测试，视频实验室还将陆续对其他 品牌高清摄像机进行研究测试。台式摄像头测试灯箱Q14灰阶卡校色板1测试目标测试项目由杭州海康威视数字技术股份公司（简称海康威视）主持，山东神戎电子股份有限公司（简称 山东神戎）、浙江宇视科技有限公司（简称浙江宇视）几何畸变测试图卡24色色彩测试标版2.2 测试光源选择不同的光照条件，摄像机的成像效果不同，其照 度和色温是影响成像效果的2个显著因素。（1）照度： 光源照射到单位面积上的光通量，以lx表示；（2）色 温：光的颜色，黑体辐射的温度，以K表示。光源的选择对摄像机成像效果的影响至关重要。为 了尽量贴近铁路行业的实际情况，视频实验室组织测试 人员到北京南站进行了实地调研。希望通过对北京南站 的调研，能够了解典型高速铁路车站的现场光照环境参 数（见表1），作为测试光源选择的依据。北京南站各监控点的照度差异相当大，有些地点照 度超过了1万lx，而最暗的图像采集点才10.5 lx。但是北 京南站的色温差异并不很大，集中在3 400 K和6 500 K左 右，因此在测试中采用了色温6 500 K的人工日光光源和3 400 K的日光灯光源作为测试光源。2.3 测试依据对于视频监控的硬件设备，运基通信2008 号文铁路综合视频监控系统技术规范只规定 分，且偏重于平台部分，因此这次测试还借鉴了 的标准YD/T 16072007视频终端设备传输特 测量方法作为测试依据。3测试项目3.1 受测设备测试分别采用了海康威视、安讯士网络通讯（简称安讯士）、浙江宇视的摄像机（见表2）。镜头对于摄像机的成像效果非常重要，因此统一Computar镜头。表2 受测设备参数表表1北京南站灯光照度环境调研结果3.2 测试项目针对摄像机的一些关键功能及性能，本次测 厂家的摄像机进行了较为全面的分析，并根据测 对摄像机的关键功能和性能进行详细解读。（1）码流信息。高清摄像机的码流带宽、编延会在实际工程中因网络传输、存储等对用户体生影响。目前，在H.264编码算法下，高清摄像机占用带宽：720P为46 MB，1 080P为810 MB。来D1画质的摄像机，码流带宽提高了5倍，因此 宽和存储容量也必须增加。由于码流带宽的加大 编码对于硬件的要求更高。因此需要对高清摄像 宽、时延等其他一些码流信息进行测试，给设计 业主和集成商提供有效数据和选型依据。在定码流算法下，对海康威视摄像机主码流 流分析结果见表3。可以看到，海康威视摄像机在定码流算法下安检门1457采集地点照度/lx色温/K地下二层停车场球机1122地下二层停车场球机2144出租车等待场入场口球机10.5出租车乘客进场口球机305出租车等待场中心枪机44.5地下一层广场中心球机2203 500地下一层广场售票处1853 800地下一层广场售票处2423 800地下一层到达口2184 300地下一层到达口2-1 1083 900地下一层北出站口1173 900地下一层北出站口22493 600地下一层电梯口12 8504 580地下一层电梯口26 7404 200地上一层北广场11 910地上一层北广场210 000地上二层安检口4 0004 500售票口200检票口11 700品牌型号分辨率成像器件镜头（Com海康威视 DS-2CD864FWD-E720P1/3 CMOS4.510F1.6 1安讯士Q1604浙江宇视hic5401e表3 海康威视摄像机码流信息（a）水平（b）垂直（c）45图2 海康威视摄像机视觉分辨率测试结果截图（3）色彩还原度。色彩还原度是代表摄像机色彩还原性能的指标。成像效果好的摄像机，应该能够最大 限度地还原所拍摄物体的颜色。邮电部的标准中要求平 均色彩还原误差不大于20%，最大平均色彩还原误差不 大于30%。安讯士摄像机色彩还原误差为11.3%， 最大色彩还 原误差为13.2%（见图3）。位为线宽/画幅，并不是习惯上认为的720P或1 080P分辨率的概念。720P/1 080P是美国电影电视工程师协会（SMPTE）制定的高等级高清数字电视的一种格式标 准，其中P代表逐行（Progressive）的意思。 视觉分辨 率是为了将这种用眼睛观察分辨率的方法标准化（量化） 而引入的一个概念，行业内用以测试摄像机的实际成像能 力。对摄像机而言，这是最重要的技术参数之一。在国内外，大量的测试数据都表明高像素摄像机的 视觉分辨率不一定高。影响视觉分辨率的主要因素不是 传感器像素的高低，而是传感器及选用镜头的质量。在标准中定义130万像素的高清摄像机，水平和 垂直视觉分辨率 400 LW/PH，45 视觉分辨率 240 LW/PH。 海康威视摄像机实拍ISO12233分辨率测试图卡效果见图1。经过分析得出测试的结果为：水平视觉分辨率641 LW/PH；垂直视觉分辨率617 LW/PH；45视觉分辨 率614 LW/PH（见图2）。其视觉分辨率测试结果满足邮 电部对于130万像素高清摄像机的标准。图3 安讯士摄像机色彩还原度测试结果（4）白平衡。白平衡是描述成像设备中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标。标准要求 三色平均偏差值20（RGB模型下）。安讯士摄像机白平衡测试结果见图4。海康威视摄 像机白平衡测试结果见图5。由图4和图5对比可见，安讯士该款设备的白平衡性 能优异，色温最大偏移值为-318，白平衡偏冷；海康威 视的设备色温最大偏移值为1 250，白平衡偏暖。（5）最低照度。反映摄像机在无外部辅助光源时 能够成像的最低照度。通过视频实验室测试，海康威视 摄像机的实际最低照度为0.03 lx，稍高于该款设备的标 称值0.01 lx。图1 海康威视摄像机实拍ISO12233视觉分辨率测试图卡效果主码流子码流编码格式H.264/AVC H.264/AVC分辨率1 280X720（720P） 352X288（CIF）帧率/（帧s-1) 2525最大码流/（Mbs-1） 5.6631.055最小码流/（Mbs-1） 3.6970.49平均码流/（Mbs-1） 4.5470.64编码时延/ms 8963图4 安讯士摄像机白平衡测试结果图8 安讯士摄像机噪点数量测试结果截图导致图像无法观看。经过实际测试，海康威视摄 转黑的灵敏度为0.01 lx。图5 海康威视摄像机白平衡测试结果（6）色阶。代表摄像机对于颜色动态范围的识别能力，标准要求能够判断的阶数为10阶。 海康威视摄像机实拍样张见图6，使用Q14灰阶卡进行测试的测试结果截图见图7。测试得出可以进行分辨 的色阶阶数为19阶，满足标准要求。（9）几何失真。几何失真是代表成像平整度个参数，工程中常会出现各种各样的几何失真，是由于镜头和传感器的质量问题。如摄像机所拍画面在左下角有明显的几何失真，直接影响了观量。浙江宇视摄像机测试结果见图9，该款高清摄几何失真为-1.69%，满足邮电部2%偏差的标准要图6 海康威视摄像机实拍Q14色阶测试图卡效果几何失真图像图7 海康威视摄像机色阶测试结果截图（7）噪点数量。可以反映在每个黑白色阶下摄像 机在低照度环境下的图像整体噪点情况。虽然标准中并 未定义相关值，但是铁路的环境很多都是低照度条件， 如果噪点数量太多，对于夜间的监控效果影响将会很 大。安讯士摄像机的此项指标测试见图8。SMIA TV Distortion=1.69% Barrel中心合作建立了一套较为科学合理的高清摄像机的测试方法，这套测试和数据分析方法更能反映铁路对高清视频监控的要求，相信会对今后高清视频的发展带来积极 责任编辑王小红的推动作用。 收稿日期2012-11-05内的照度几千lx，宽动态范围至少达到100 dB以上才能满足环境要求。而且这样的监控点比较多，如进站口、 站台两侧、阳光直射的候车区等。影响监视效果的不仅取决于摄像机的宽动态，也包 括强光抑制、多次曝光等功能，视频实验室测试无法完 全模拟现场的实际环境，只能采用室内测试与现场测试 结合的办法给出参考数据。高清摄像机在铁路综合视频监控中还没有大规模应用，主要原因是由于高码流带宽所带来的传输带宽压 力、存储压力等。但是监控系统高清化、网络化、智能 化及高度集成化的发展趋势已是必然。ITU-T已于2012年8月26日宣布了全新的视频压缩标 准，即H.265标准。根据视频实验室与几大编码芯片厂 商沟通，2013年初，支持H.265编码的芯片即将登陆市 场，届时，720P的图像码流将会被压缩至12 MB，高清 摄像机在铁路全面普及的时代已经不远。视频实验室也 会持续不断地关注高清摄像机的各类评测及发展方向， 不断为工程设计、用户提供最新的参考资料。4结论综上所述，决定高清摄像机整体质量好坏的因素是多方面的，绝不能仅仅关注一个参数，