监控摄像机的应用现状和瓶颈分析.doc

二、平安城市项目中监控摄像机的应用现状和瓶颈分析 目前，各地市正在大力推进平安城市项目的建设，从实际使用的情况来看还存在一些问题亟待解决和完善。这其中以视频监控图像的源头监控摄像机存在的问题尤甚。本节将在分析众多平安城市项目中监控摄像机暴露出的种种缺陷和不足的基础上，归纳总结这些问题发生的原因和本质。1、看得见图像，却看不清图像细节。 通常情况下，当出现突发性事件需要调看录像回放时，安保人员会发现事件发生的来龙去脉都可以被监控摄像机从头到尾，毫无遗漏地捕捉，但是当公安人员希望看清事件发生现场的细节之处（例如犯罪嫌疑人的面貌，机动车牌照等）时，就遇到了难题，如图2-1所示。当把一副看上去还算清晰的图像的某些关键区域放大时，会出现严重的“马赛克”以致无法获取任何有价值的信息，这正是由于传统图像的画面分辨率过低造成的。 还有另外两种在使用中经常遇到的尴尬情形。一是由于摄像机的动态范围小，无法同时兼顾到画面中的亮处和暗处，导致当监控场景明暗对比非常强烈时，要么亮处非常亮，只能看到一片白，要么暗处非常暗，只能看到一片黑，要么亮处和暗处都看不清楚，如图2-2所示。二是由于平安城市的监控摄像机需要24小时连续不间断地工作，尤其是夜间更是恶性事件的高发期，这就要求摄像机对相同的监控场景在夜晚也能做到清晰地成像。然而有时摄像机白天的效果无可挑剔，但是到了夜晚时，拍摄的效果则一片漆黑，无法为破案提供必要的线索，这种情形的出现与摄像机的灵敏度有直接的关系，灵敏度不高的摄像机在夜晚条件下对可见光或红外光感光能力偏弱，从而导致无法充分还原监控现场的夜间效果。2、差异化的使用环境对摄像机参数设定提出不同的要求 城市街道路面以及道路卡口等处的摄像机，承担着实时监看，违章拍摄，应急指挥等重要任务。以实时监看道路上正常速度行驶的机动车为例，白天由于光照条件充足，为了拍摄流畅无拖尾的视频图像，通常情况下摄像机使用高速快门，例如快门速度设置为1/250或者更高。而夜间的光线条件差，这时就需要降低快门速度以保证有充足的曝光时间，从而提高画面的可视性。这组相互矛盾的参数是由于摄像机的成像原理造成的，如图2-3所示。考虑到实际使用过程中的易用性，不可能要求客户对参数改来改去。那么既然必须固定同一组参数，又要同时保证白天和晚上的拍摄效果，能否使用图像处理技术来达到要求呢？3、室外摄像机的物理安全和网络安全问题 平安城市项目中的摄像机大部分需要被安装在室外环境中，为了保证这些摄像机可以正常工作，设备自身的物理安全防范也尤为重要。一方面有些地区的自然环境温差较大，这就要求摄像机在各种恶劣环境下，都具备出色的稳定性；另一方面，安置在室外的摄像机偶尔会受到人为的蓄意破坏，例如可能会遭到弹弓或石块的袭击等。具有坚固的外壳并且遇到袭击或故障时能够及时自检报警，才能最大程度满足室外环境的使用要求，同时有效降低项目实施后的维修成本。此外，曾经一度被忽视的网络安全也尤为重要。恶意入侵者可能会透过安防监控网络远程访问摄像机，获取摄像机实时视频的同时窥探隐私区域，或者修改摄像机内部的参数使之无法正常工作。如果一款网络监控摄像机可以提供多种手段来验证访问者的信息并对访问者的操作行为加以判断，则可以大大提高系统的网络安全性能，避免不必要的损失。 4、依赖于人工方式的被动监控的监控效率亟待提高 目前大多数的平安城市项目中，仍然是依赖于人工的方式去发现问题和解决问题。有时一名安保人员要同时面对多达几十个监控画面，既要集中精神去发现问题，又要第一时间对突发事件做出响应。在这种长时间精神高度集中的工作状态下，很容易产生疲劳感而降低工作效率。尽管摄像机或软件平台具有分析报警功能，可是其误报率和漏报率很高，难以达到令人满意的程度。如何提高摄像机的监控效率，成为能否解放警力，及时处置突发事件的重要因素。 5、维修率高，后期维护工作量大 监控摄像机的质量与使用年限密切相关。应用在平安城市项目中的摄像机一般实际使用时间长达五年甚至更多，这就要求摄像机具备出色的稳定性和可靠性，以保证在自然环境中，即使在恶劣的天气状况下也能保证全天候不间断地工作。这与摄像机的物理架构设计是否合理，做工用料是否考究密切相关。摄像机的故障会导致过高的维修费用，由此带来的维修成本和后期维护成本也将是一笔不小的开销，而通常这笔开销在项目招投标期间和系统使用初期是很容易被忽略的。 6、能耗过大，电费支出不可小觑 节能减排是实现科学发展，构建资源节约型和环境友好型社会的重要举措，是国家“十一五”规划确定的两个约束性指标之一，也是国家“十二五”规划的重中之重。以目前平安城市项目中使用的监控摄像机为例，大功率高耗能的设备时常可见。而如果每台摄像机的功率降低10w，按照一个省会级城市需要安装15万只摄像机计算，一年可以节约用电量超过1314万度，一年可节省的电费将超过1000万元。以上几点简要列举了目前应用于平安城市项目中的前端监控摄像机在使用过程中遇到的比较常见的一些亟待我们解决的难题。除此之外，还有诸如“如果设备故障了，如何能够第一时间发现问题和找到故障原因？”等需要从系统的角度来分析的情形。在此，本文将把主要精力放在对监控摄像机的探讨上，所以这部分的内容不作过多阐述。三、未来安防监控产品的发展趋势随着安防行业的不断发展，传统的模拟闭路监控系统正在逐步地被网络监控系统所代替，传统意义上的模拟监控摄像机、视频电缆、切换控制矩阵和监视器的流行组合正在被网络监控摄像机、服务器的未来组合所取代。安防行业经过了几十年的累积和发展，现在乃至未来的视频监控系统将是以融合了数字化、整合化、高清化和智能化的网络监控系统为理念不断发展前行。 特别是进入二十一世纪后，无论是在电视节目转播还是在影视作品的制作方面，与视频图像有关的领域都在朝着高清的方向发展，安防视频监控行业自然也包含其中，监控图像的高清化已势不可挡。什么是高清？简单说，高清即为“高分辨率”。根据我国高清电视的标准，高清图像（HD）是指图像分辨率超过720P或1080i，同时视频宽纵比为16:9。当物理分辨率达到1080P时称为全高清（Full HD），如图3-1所示。 相比目前业内主流的标清视频格式（SD），这种清晰度更高而且宽纵比更大的视频图像，更适合于在众多平安城市项目中的应用。一方面当需要对图像细节加以甄别判断时，在视频图像放大到相同倍数的情况下，分辨率越高的图像越可以获得清晰细腻的效果，而分辨率低的图像可能会产生“马赛克”，如图3-2所示。高分辨率，对于在平安城市项目中要求看清人脸、车牌以及监控场景中的各局部区域或行为细节的需求就显得尤为重要。与此同时，基于感光元器件，各种视频图像处理技术也被融入到摄像机中，针对于几大类使用环境，相关处理技术高效地还原出监控场景内的点滴变化： （1）逐行扫描和动态帧合成技术 平安城市项目中大部分摄像机被应用于道路卡口，路段中部等位置，用于实现车辆监控和违法行为监控等。就车辆监控而言，一般城市内机动车的速度限制在40 km/h 60km/h，在这种情况下，能够清晰地辨识车牌号码是基本要求，有些城市还要求能够看清楚驾驶员和副驾驶员的面部、衣着等特征。 正如上文所提到的，当车速过快时，拍摄到的监控图像会有明显的拖尾现象发生；在夜晚监控时由于光照条件不好，这种拖尾的现象就更加明显。此时，车牌号码很难被清晰的捕捉到，更别提看清楚驾驶员的面部和衣着特征了！拖尾现象产生的原因一方面与感光芯片的扫描方式有关，另一方面也和使用现场环境的光照条件、以及摄像机的光圈、快门等参数设置存在关联。针对于这个难题，就摄像机本身而言，索尼网络监控摄像机应用了逐行扫描技术和动态帧合成技术。其中，逐行扫描技术应用在感光芯片中，力求从扫描方式上消除拖尾现象的发生。动态帧合成技术主要是针对于那些隔行扫描的CCD而言，经过对图像处理后，有效地减轻拖尾现象的发生。（2）超宽动态技术（View-DR） 宽动态技术是应用于明暗对比强烈的环境中，使得监控画面同时兼顾到亮区和暗区的一种图像处理技术。在平安城市项目中，该项技术可以被应用在园区、车库的出入口等光线反差大的区域。夜间环境下清晰地看清车牌也是在宽动态场景中的一种典型应用。目前市场上常见的宽动态技术其性能可达到52dB，而索尼最新的超宽动态技术最大可达到125dB，远远领先于同类产品。应用于索尼网络监控摄像机中的超宽动态技术（View-DR）是基于Exmor CMOS平台，综合运用了可视性增强技术和快门多次曝光技术的一项全新处理科技，它可以在增加监控图像的宽动态范围的同时，大幅提升其灵敏度和对比度，从而获得同时兼顾到亮区和暗区的图像效果，如图4-3所示。可视性增强技术是以图像中单个像素点为单位对整体图像加以优化，提升画面中暗区亮度的同时，降低亮区的