星光、超星光、黑光低照度攝像機(jī)的技術(shù)演進(jìn)之路

星光、超星光、黑光，低照度攝像機(jī)的技術(shù)演進(jìn)之路“星光”、“黑光”、“AI超微光”、“極光”，無(wú)論營(yíng)銷(xiāo)名稱是什么，歸根到底，它們都是用不同的方法使攝像機(jī)能在夜間拍攝到更像白晝一般的圖像。低照度攝像機(jī)能夠補(bǔ)齊安防監(jiān)控產(chǎn)業(yè)“夜盲眼”的致命短板，成為安防圈最熱的技術(shù)突破點(diǎn)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)接近70%的犯罪都是在夜間發(fā)生，道路、倉(cāng)庫(kù)、野外等眾多場(chǎng)所如果在夜間無(wú)法被監(jiān)控，城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人身及財(cái)務(wù)安全也只會(huì)處于一片陰影之中。補(bǔ)光拍攝的方法早已有之，但是“光污染”、“能源浪費(fèi)”、“盲區(qū)多”等問(wèn)題一直是夜間監(jiān)控的痛點(diǎn)。從“星光”到眾多變種技術(shù)，補(bǔ)齊安防之眼的短板很長(zhǎng)時(shí)間里，“安防之眼”攝像頭都存在“夜盲眼”的致命短板。據(jù)統(tǒng)計(jì)，接近70%的犯罪都是在夜間發(fā)生，從晚上7點(diǎn)到次日凌晨5點(diǎn)是犯罪事件的高發(fā)期，攝像機(jī)夜間成像質(zhì)量已然成為安防大數(shù)據(jù)發(fā)展的短板。星光級(jí)攝像機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。通常意義下，星光級(jí)攝像機(jī)通常指在近乎只有星光的微光環(huán)境下，在沒(méi)有任何輔助光源的情況下，仍可以顯示清晰的彩色圖像的攝像機(jī)。所謂的星光級(jí)照度約在0．01Lux至0．001Lux之間，而晴朗的有月光的晚上的光照度約為0.1至0.01Lux。而類(lèi)似的，“超星光”、“黑光”則是將照度再次降低。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)照度在0．001Lux以下的時(shí)候?yàn)椤俺枪狻保?dāng)照度為0Lux時(shí)則為“黑光”?！驼諗z象機(jī)與普通攝像機(jī)的效果對(duì)比早在1998年就出現(xiàn)了低照攝像機(jī)的概念，當(dāng)時(shí)領(lǐng)先的是三星、三洋等外資品牌。2014年隨著感光元器件等硬件的發(fā)展，“星光級(jí)”安防監(jiān)控?cái)z像產(chǎn)品在市面上出現(xiàn)，而此時(shí)的主角已變?yōu)楹？低暋⒋笕A、宇視、天地偉業(yè)等本土企業(yè)，它們先后發(fā)布了自己的200萬(wàn)像素星光級(jí)攝像機(jī)產(chǎn)品，攝像機(jī)的“夜盲眼”康復(fù)之路正式開(kāi)啟。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，星光級(jí)攝像機(jī)的“夜視”主要通過(guò)鏡頭、光圈、圖片傳感器和補(bǔ)光燈等多個(gè)硬件維度實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。鏡頭和光圈分別限制了透光和進(jìn)光能力，而圖像傳感器通過(guò)感光能力，補(bǔ)光燈通過(guò)補(bǔ)光能力來(lái)加持?jǐn)z像機(jī)低照度能力。攝像頭中影響其“夜視能力”的硬件維度雖然攝像機(jī)“夜視能力”需要從這些維度來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，但是這些硬件并非像堆積木一樣堆砌能力最強(qiáng)的就好，因此不同安防企業(yè)的技術(shù)方案及產(chǎn)品線也不一樣。比如，鏡頭在選擇時(shí)并不是光圈越大越好，而是需要在進(jìn)光量和景深上獲得一個(gè)平衡。除此之外，采用多大靶面的傳感器、是否搭配紅外及白光來(lái)補(bǔ)光、選擇幾個(gè)鏡頭和傳感器等光路設(shè)計(jì)問(wèn)題，原始數(shù)據(jù)測(cè)試和ISP效果調(diào)試，都是各個(gè)廠家不同架構(gòu)需要考慮的因素，也直接影響星光攝像效果。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人們也開(kāi)始使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法等軟件方法來(lái)提高攝像機(jī)的夜視能力。在市面上盛行的“AI超微光”、“超星光”、“極光”的營(yíng)銷(xiāo)概念不同，技術(shù)原理上也有一些差異，但總體來(lái)說(shuō)都是在“星光級(jí)攝像機(jī)”基礎(chǔ)上不斷的優(yōu)化。目前，星光級(jí)攝像機(jī)等低照度攝像機(jī)已經(jīng)在道路、倉(cāng)庫(kù)、野外、養(yǎng)殖場(chǎng)、小區(qū)、工廠等光線較暗或無(wú)光照的場(chǎng)景中，在需要高畫(huà)面清晰度的場(chǎng)景被廣泛應(yīng)用。比如，在公安領(lǐng)域，過(guò)去的攝像機(jī)只能拍出黑白的畫(huà)面，但星光攝像機(jī)乃至更高級(jí)別的“黑光”、“極光”攝像機(jī)可以通過(guò)彩色的夜視效果幫民警判別“嫌疑人穿什么顏色衣服”等問(wèn)題，從而大大降低破案難度。2016-2019：照度猛降、概念比拼、AI競(jìng)速?gòu)?016年到2019年，隨著背照式傳感器等元器件的更新，星光級(jí)攝像技術(shù)飛速發(fā)展，以海大宇為首的各廠家開(kāi)始推出“超星光”、“黑光”、“極光”等變種革新技術(shù)。短短幾年里，?？?、大華、宇視、科達(dá)、天地偉業(yè)等安防企業(yè)不約而同地從起先的追求低照度，到為了智能識(shí)別應(yīng)用提高攝像頭清晰度，再到利用AI來(lái)提升低照度攝像機(jī)的清晰度和色彩畫(huà)質(zhì)，實(shí)際上經(jīng)歷了在市場(chǎng)應(yīng)用的需求催促下從“追求畫(huà)質(zhì)”到“追求智能”的演變。1、?？低暎骸靶枪狻碧蕴昂诠狻睍r(shí)代來(lái)了2014年，?？低暣蝽懓卜罃z像機(jī)的“夜視”第一槍。?？低暯舆B推出星光級(jí)300萬(wàn)高幀率槍型網(wǎng)絡(luò)攝像及星光級(jí)200萬(wàn)像素紅外網(wǎng)絡(luò)高清智能球機(jī)。2015年星光級(jí)攝像技術(shù)被應(yīng)用到了公安領(lǐng)域的鷹眼系列全景攝像機(jī)。另外，海康威視研發(fā)出了“星光+”攝像機(jī)，更關(guān)注運(yùn)動(dòng)物體的檢測(cè)，將信噪比提升30%。2016年，海康威視的星光攝像機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)足比賽安保工作、博物館監(jiān)控、直播錢(qián)塘江大潮等場(chǎng)景，其4K星光級(jí)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在2016年安博會(huì)上獲得創(chuàng)新產(chǎn)品特等獎(jiǎng)。正當(dāng)“星光”市場(chǎng)一片熱潮時(shí)，?？低?016年則默默轉(zhuǎn)向“黑光攝像機(jī)”的研發(fā)和產(chǎn)品化。在當(dāng)年安博會(huì)?？低曊古_(tái)上，有一個(gè)別出心裁的小暗房，里面就放置了海康威視的“黑光”系列攝像機(jī)，它能夠“看到”照度為0Lux環(huán)境下的物體的彩色畫(huà)面。在同樣的照度環(huán)境下，星光攝像機(jī)與黑光攝像機(jī)的拍攝效果對(duì)比2017年3月，?？低暼屎诠鈹z像機(jī)如約而至。它在技術(shù)上有重大的突破，采用視網(wǎng)膜成像技術(shù)的雙sensor構(gòu)架，能模仿出人眼視網(wǎng)膜成像，解決了色彩和亮度相互間干擾的矛盾。同時(shí)，SpecEX雙光融合，能得到比星光攝像機(jī)噪點(diǎn)減少的畫(huà)面。時(shí)至今日，?？低暤南嚓P(guān)產(chǎn)品線已經(jīng)衍生出“黑光防爆攝像機(jī)”等垂直領(lǐng)域的產(chǎn)品。同時(shí)，黑光攝像機(jī)已經(jīng)在應(yīng)戰(zhàn)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”防汛、24小時(shí)呈現(xiàn)河道情況、監(jiān)測(cè)野生動(dòng)物園等場(chǎng)景中被廣泛應(yīng)用。星光攝像機(jī)雖然有過(guò)一段輝煌的歷史，但是隨著黑光攝像機(jī)的出現(xiàn)，星光攝像機(jī)將退出時(shí)代的舞臺(tái)。隨著黑光等低照度攝像技術(shù)的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，市場(chǎng)應(yīng)用將不斷走向常態(tài)化、規(guī)模化，經(jīng)濟(jì)型的產(chǎn)品也將使用到黑光技術(shù)，它會(huì)逐漸走向低端市場(chǎng)，并被推廣普及。而后，?？低暤驼諗z像機(jī)的路線逐漸聚焦在黑光攝像機(jī)上，星光技術(shù)則主要作為智能化產(chǎn)品的輔助加持。比如其“AI好搭檔”400萬(wàn)像素的星光攝像機(jī)、具有內(nèi)部拾音功能的星光攝像機(jī)等等。2、宇視大華：一邊緊隨，一邊推陳宇視科技也在2014年初推出星光級(jí)攝像機(jī)。2016年底，宇視推出的高清星光紅外半球網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)不僅能夠在極低照度（0.005lux）下實(shí)現(xiàn)噪點(diǎn)較少的彩色成像，還包括了越界檢測(cè)、區(qū)域入侵、進(jìn)入?yún)^(qū)域、離開(kāi)區(qū)域、徘徊檢測(cè)、人臉檢測(cè)、客流統(tǒng)計(jì)等智慧化功能。而面對(duì)當(dāng)下低照環(huán)境下人臉抓拍困難的問(wèn)題，宇視直接叫板海康。宇視認(rèn)為，一類(lèi)廠商選擇的“雙Sensor”架構(gòu)雖然在將兩路圖像合二為一后實(shí)現(xiàn)了色彩和亮度兩不干擾，提升了成像效果，卻存在技術(shù)缺陷。缺陷主要在于合成圖像偏色，無(wú)法適用于完全無(wú)光的場(chǎng)所，成本較高等。對(duì)此，宇視給出的解法是自研的“Extra-ISP”、“U-FACE”技術(shù)?！癊xtra-ISP”技術(shù)是在新一代芯片的ISP的基礎(chǔ)上，增加了時(shí)域降噪算法和多維度銳度提升算法，以降低低照環(huán)境下運(yùn)動(dòng)圖像的拖影，讓人臉等運(yùn)動(dòng)物體的細(xì)節(jié)可以充分展現(xiàn)出來(lái)。時(shí)域降噪是對(duì)多幀圖像進(jìn)行分析運(yùn)算來(lái)進(jìn)行降噪，運(yùn)動(dòng)估計(jì)的設(shè)置是為了防止劇烈移動(dòng)的主體出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)殘留的現(xiàn)象?！癠-FACE”技術(shù)是以宇視新一代深度智能核心芯片為支撐，加持新的人臉曝光和人臉小圖增強(qiáng)雙重算法，針對(duì)低照環(huán)境下的人臉進(jìn)行優(yōu)化，提升臉的亮度、通透性和均衡性。在宇視開(kāi)創(chuàng)的微星光攝像機(jī)等產(chǎn)品中，就應(yīng)用了這種新的ISP技術(shù)。除此之外，宇視從低照攝像機(jī)的存儲(chǔ)上尋求特異性。據(jù)了解，其33倍星光球機(jī)和200萬(wàn)超星光攝像機(jī)采用自研的U-Code超級(jí)編碼技術(shù)，200萬(wàn)像素相機(jī)只需要1M碼流，是H.264的1/4，是H.265的1/2，在不降畫(huà)質(zhì)的情況下節(jié)省存儲(chǔ)空間。大華的推新節(jié)奏緊跟?？道洗蟾绲牟椒?。2014年9月大華推出星光級(jí)超低照度200萬(wàn)像素高清攝像機(jī)。在次年推出的6寸高清200萬(wàn)像素星光紅外網(wǎng)絡(luò)高速智能球機(jī)，據(jù)稱，它集成全景云臺(tái)、跟蹤定位、智能分析等技術(shù)，萌芽的“智慧化”已經(jīng)能應(yīng)用在平安城市建設(shè)中。2016年，大華推出了具有差異性的4K極光攝像機(jī)，幾乎同步于海康的黑光攝像機(jī)。所謂“極光”，據(jù)稱是指相機(jī)能達(dá)到比星光更加極致的夜視效果。大華4K極光攝像機(jī)采用索尼4/3英寸大靶面CMOS傳感器，大靶面與背照式技術(shù)融合，加上ISP核心處理算法的配合，最低照度達(dá)到了彩色0.0005Lux，黑白0.0001Lux。大華的4K極光人臉識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在當(dāng)年安博會(huì)獲得“金鼎獎(jiǎng)”。該機(jī)還展現(xiàn)了基于大華深度學(xué)習(xí)技術(shù)相關(guān)算法的人臉識(shí)別與人臉屬性提取功能，支持8種屬性和5種表情的結(jié)構(gòu)化信息提取，最大可以支持10000張人臉庫(kù)的比對(duì)。而后兩年，“AI化”成為之后幾年的重要趨勢(shì)?；谌斯ぶ悄芗嫉摹盎邸毕盗蠥I智慧星光級(jí)監(jiān)控?cái)z像機(jī)，采用雙傳感器的大華9寸高清極光網(wǎng)絡(luò)高速智能球機(jī)，適合小區(qū)、醫(yī)院、銀行等商用場(chǎng)景的睿智系列星光級(jí)人臉攝像機(jī)等等，從中都能看到人工智能的影子。百花齊放，新技術(shù)與“鬼影”并存元器件的進(jìn)步為頭部玩家低照度攝像機(jī)的研發(fā)預(yù)備了條件，頭部玩家的挺近也促進(jìn)了低照度攝像機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈的整合，以鳳凰光學(xué)、宇瞳、索尼、APTINA、OV、舜宇光學(xué)等為首的元器件商在這個(gè)過(guò)程中大放異彩。在元器件技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和低照度攝像機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步整合的條件下，許多安防企業(yè)、通訊企業(yè)及AI企業(yè)也紛紛推出自己的低照度攝像機(jī)方案。眾多安防中堅(jiān)力量不僅限于追風(fēng)，還積極尋求自己的特異性。如，科達(dá)在2019安博會(huì)上發(fā)布了AI超微光攝像機(jī)。他們認(rèn)為市面上主流的強(qiáng)化補(bǔ)光、硬件堆疊、復(fù)雜ISP處理不同程度的存在光污染、拖影等問(wèn)題，因此采取自研的深度學(xué)習(xí)圖像增強(qiáng)算法，通過(guò)學(xué)習(xí)大量場(chǎng)景抓拍的照片直接對(duì)傳感器輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像恢復(fù)?；贏I超微光技術(shù)，科達(dá)推出了三大系列攝像機(jī)新品。包括AI超微光車(chē)輛卡口、AI超微光車(chē)輛電警和AI超微光人員卡口。科達(dá)科技公司的低照度攝像機(jī)專(zhuān)家告訴我們，AI超微光低照攝像機(jī)不同于星光攝像機(jī)的技術(shù)路徑，和常見(jiàn)的星光攝像機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景也略有不同，AI超微光攝像機(jī)更適用于交通領(lǐng)域而不是監(jiān)控卡扣等公安場(chǎng)景。一些安防企業(yè)不僅積極建立自己的低照度技術(shù)護(hù)城河，還致力于將星光與其它技術(shù)融合起來(lái)，開(kāi)發(fā)“下一代星光”。比如天地偉業(yè)面對(duì)單鏡頭、單Sensor達(dá)到瓶頸去做“雙光路設(shè)計(jì)”，以此是物體輪廓更清楚、畫(huà)面更清晰；面對(duì)低照拖尾、丟幀問(wèn)題，天地偉業(yè)利用自研的TVP技術(shù)的特殊動(dòng)作閾值設(shè)定、聯(lián)動(dòng)增益及時(shí)域空域雙邊濾波降噪來(lái)優(yōu)化畫(huà)質(zhì)；天地偉業(yè)也被認(rèn)為是首提“超星光”技術(shù)的玩家。除此之外，星光+人車(chē)識(shí)別、星光+語(yǔ)音提示、星光+警戒、星光+自動(dòng)調(diào)光等方案也大大提升了低照攝像機(jī)的應(yīng)對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景的能力。2019年，低照攝象機(jī)“百花齊放”，安博會(huì)上可見(jiàn)一斑，不僅方案商齊頭并進(jìn)，產(chǎn)業(yè)鏈上游的鳳凰光學(xué)、宇瞳等元器件商也以1號(hào)館的絕佳位置、超大展區(qū)和眾多低照元器件大放異彩。當(dāng)然，潮流之下也時(shí)泥沙俱下，一些低質(zhì)量的黑光、星光攝像機(jī)也進(jìn)入市場(chǎng)。比如業(yè)主發(fā)出的某品牌的夜視攝像機(jī)拍出“鬼影”。這也折射出低照攝像機(jī)存在技術(shù)維度眾多難以標(biāo)準(zhǔn)化、成本較高、市場(chǎng)混雜等問(wèn)題。某品牌的夜視攝像機(jī)拍出“鬼影”復(fù)雜場(chǎng)景提出新要求，AI技術(shù)帶來(lái)新動(dòng)力五年前，讓攝像頭在伸手不見(jiàn)五指的環(huán)境中“看見(jiàn)”彩色的畫(huà)面還是不敢想象的事，現(xiàn)在不僅能看見(jiàn)，還能看清，甚至在看清之后還能進(jìn)行識(shí)別，并且還能通過(guò)報(bào)警、語(yǔ)音提示等方式讓攝像頭主動(dòng)進(jìn)行任務(wù)處理。由此看來(lái)，作為一個(gè)市場(chǎng)具有一定門(mén)檻的產(chǎn)品方向，低照攝像機(jī)近年來(lái)發(fā)展是很快的。雖然“星光”、“黑光”等概念連年出現(xiàn)在安博會(huì)上，但每一年都有新的內(nèi)涵和應(yīng)用。未來(lái)隨著黑光等低照度攝像技術(shù)的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，市場(chǎng)應(yīng)用將不斷走向成熟，走向常態(tài)化、規(guī)?；膽?yīng)用，經(jīng)濟(jì)型的產(chǎn)品也將使用到黑光技術(shù)，從高端產(chǎn)品走向低端、普及。星光級(jí)技術(shù)因?yàn)槠湎忍靸?yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于智慧城市、雪亮工程、政府機(jī)關(guān)、監(jiān)獄監(jiān)所、邊防建設(shè)、園區(qū)治安等領(lǐng)域，此外星光與其他技術(shù)相融合來(lái)解決更多系統(tǒng)的問(wèn)題，這會(huì)是一個(gè)趨勢(shì)。低照度技術(shù)產(chǎn)品并不是大家想的多么偏門(mén)，而是能切實(shí)解決很多普遍問(wèn)題。比如從交警領(lǐng)域來(lái)講，它能夠解決“光污染擾民”、“道路環(huán)境忽明忽暗晃司機(jī)眼睛”等問(wèn)題，因此實(shí)用性很強(qiáng)。目前相關(guān)政策也為低照度攝像機(jī)帶來(lái)了很多機(jī)會(huì)，比如上海已經(jīng)在智慧城市落地中推進(jìn)低照技術(shù)的應(yīng)用，相信其它城市會(huì)很快地跟進(jìn)。目前，星光攝像機(jī)的落地情況喜憂參半。一方面星光攝像機(jī)已經(jīng)在道路、工廠、魚(yú)塘等眾多光線弱且需要高清晰度畫(huà)面的場(chǎng)所廣泛應(yīng)用，另一方面，面對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景仍然存在一些列實(shí)際問(wèn)題。比如在道路上，“車(chē)輛大燈”就是低照攝像機(jī)的落地的一個(gè)難點(diǎn)，過(guò)快過(guò)強(qiáng)的光進(jìn)入會(huì)為攝像頭看清環(huán)境、車(chē)牌帶來(lái)挑戰(zhàn)。除此之外，雖然目前的黑光攝像機(jī)、4K星光級(jí)攝像機(jī)的像素已經(jīng)能支持車(chē)牌識(shí)別等智能化功能，但是在已有的硬件配置下分辨率仍然具有很多提升空間，對(duì)此廠家都在通過(guò)增加傳感器、更新ISP技術(shù)、開(kāi)發(fā)新的補(bǔ)光燈等技術(shù)來(lái)優(yōu)化成像效果。另外，受限于現(xiàn)在的硬件技術(shù)水平，真正的星光級(jí)、黑光級(jí)攝像機(jī)的成本仍然比較高，加持智能化功能的設(shè)備就更加耗費(fèi)客戶的成本花費(fèi)了。盡管在智慧交通、平安城市等大場(chǎng)景下，比如在取消高速路口人工收費(fèi)站的推進(jìn)中，很多場(chǎng)景都與低照攝像機(jī)十分匹配，但是客戶仍會(huì)在考慮實(shí)際成本的情況下選擇更具有性價(jià)比的方案。在“星光+智能識(shí)別”、“星光+智能調(diào)光”、“星光+警戒”等下一代融合性的技術(shù)應(yīng)用的機(jī)會(huì)來(lái)臨之際，雖然安防巨頭憑借產(chǎn)業(yè)生態(tài)和渠道積累優(yōu)勢(shì)仍然占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但其他安防企業(yè)也有望在安防碎片化市場(chǎng)中分得一大杯羹，至于真實(shí)的應(yīng)用效果如何，我們拭目以待。