如何處理視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像清晰問題
2014-11-11 08:49:00
當(dāng)我們花費(fèi)很大的資金安裝了監(jiān)控系統(tǒng)，卻得不到清晰的圖像，這給實(shí)際工作帶來(lái)很大的問題：
1、無(wú)法判別現(xiàn)場(chǎng)細(xì)節(jié)；
2、無(wú)法辨認(rèn)犯罪嫌疑人面部特征；
3、無(wú)法成為現(xiàn)場(chǎng)取證資料。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像質(zhì)量分析
根據(jù)我們認(rèn)真分析，影響視頻監(jiān)控圖像顯示質(zhì)量的主要因素有：
1、鏡頭；
2、攝像機(jī)；
3、視頻BNC接頭；
4、視頻電纜傳輸；
5、視頻服務(wù)器和硬盤錄像機(jī)圖像壓縮算法；
6、監(jiān)視器。
鏡頭對(duì)圖像質(zhì)量的影響
鏡頭鍍膜對(duì)鏡頭有影響。鏡頭鍍膜的作用是為了增加透光性和降低反光，好的鍍膜不會(huì)影響色彩平衡和鏡頭參數(shù)。
非球面鏡片，民用級(jí)的一般是樹脂鏡片；因?yàn)槊裼眉?jí)的攝像機(jī)，一般只采用成本較低的復(fù)合型非球面鏡片或鑄造成型的非球面鏡片。復(fù)合型非球面鏡片，就是在光學(xué)玻璃的球面鏡片上，先涂覆一層光學(xué)樹脂，再將涂覆的樹脂部分加工成非球面的形狀。鑄造成型的非球面鏡片，則是用精密鑄造的方法，將光學(xué)樹脂直接鑄造成型，比復(fù)合型的簡(jiǎn)單，成像質(zhì)量就比全玻璃的球面鏡有所改善。
綜上所述，就光學(xué)鏡頭和樹脂鏡頭來(lái)說(shuō)，影響圖像質(zhì)量的主要指標(biāo)是透光率和透光特性。
攝像機(jī)圖像質(zhì)量分析
1、垂直分辨率
垂直分辨率由電視制式的掃描線數(shù)決定。PAL制式表示1幀有效掃描線為625線，平均1個(gè)場(chǎng)有20線垂直消隱時(shí)間，因此，實(shí)際畫面只出現(xiàn)585線。另外，由于CCTV采用的是逐行掃描方式，因此分辨率下降。其比例被稱為凱爾系數(shù)，按照經(jīng)驗(yàn)，使用0.7數(shù)值。這樣，最終垂直分辨率HV=（625-20x2）x0.7，約410線左右是垂直分辨率的界限。如上所述，垂直分辨率由電視制式?jīng)Q定，并不表示攝像機(jī)的性能。
2、水平分辨率
這是CCTV監(jiān)控?cái)z像機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。實(shí)際使用的CCD決定了時(shí)鐘頻率和采樣頻率。使用高分辨率的CCD的采樣頻率為14.18MHz，根據(jù)香農(nóng)采樣原理（采樣頻率必須為連續(xù)信號(hào)擁有頻率上限的2倍以上），圖像信號(hào)頻率被限制在約7MHz。
另外，如果圖像信號(hào)成份存在超過采樣頻率1/2的頻率成份，將產(chǎn)生折疊現(xiàn)象，產(chǎn)生假信號(hào)/摩爾紋圖像不純。為了防止這種現(xiàn)象，需要使用高效帶通濾波器7MHz以上頻率。實(shí)際上很難制造出這樣的濾波器，因此，圖像信號(hào)頻率變?yōu)?MHz左右，水平分辨率達(dá)到480線。
3、靈敏度
CCTV監(jiān)控?cái)z像機(jī)的另外一個(gè)重要性能是最低被攝物體的照度（靈敏度）。所謂最低被攝物體照度，就是“為了獲得可識(shí)別被攝物體最低限界的圖像輸出水平而所需的必要的被攝物體照度”，用lux（勒克斯）表示。
4、環(huán)境照度
建議工程商對(duì)需要安裝的攝像機(jī)（含鏡頭）進(jìn)行較為全面的測(cè)試，重點(diǎn)包括垂直和水平分辨率測(cè)試、色彩還原測(cè)試、線性度測(cè)試、聚焦測(cè)試、面部識(shí)別等級(jí)測(cè)試、阻抗匹配特征測(cè)試，特別是在安裝環(huán)境照度下的測(cè)試，當(dāng)不能確認(rèn)安裝環(huán)境照度時(shí)，參考辦公室、公共用室、生活用室、星級(jí)飯店照明設(shè)計(jì)參考值。由于工程商在視頻監(jiān)控項(xiàng)目較多的情況下，應(yīng)當(dāng)購(gòu)置專用設(shè)備對(duì)攝像機(jī)（含鏡頭）進(jìn)行全面測(cè)試。
視頻電纜傳輸圖像質(zhì)量分析
一、視頻電纜傳輸特性
在監(jiān)控市場(chǎng)迅猛發(fā)展的今天，許多工程人員越來(lái)越需要對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸性能進(jìn)行全面細(xì)致的了解。
視頻傳輸目前主要有兩種方式，視頻基帶傳輸和視頻載波傳輸（射頻）。習(xí)慣上分別采用SYV-75系列和SYWV-75系列同軸電纜傳輸。
首先我們從圖5的頻譜上看一看視頻基帶和視頻載波（射頻）的分布特點(diǎn)。通常同軸電纜可傳輸接近1GHz的信號(hào)，從圖中看出，傳統(tǒng)的視頻基帶傳輸只占了電纜可傳輸頻率的極少部分(6MHz)，電纜大部分頻譜資源是空閑的。在視頻載波（射頻）傳輸中，是利用50MHz到1000MHz的頻譜進(jìn)行信號(hào)傳輸。同軸電纜在傳輸信號(hào)中，對(duì)各種頻率的衰減程度是不同的。
同軸傳輸特性基本特點(diǎn)：
1、電纜越細(xì)，衰減越大；
2、電纜越長(zhǎng)，衰減越大。
同類SYV-75-5型號(hào)下面有3個(gè)不同的型號(hào)，分別代表64匝，96匝，128匝，當(dāng)然匝數(shù)越大越好，當(dāng)然匝數(shù)越高，價(jià)格也越貴，目前常用的為128匝。
以上所述僅僅為視頻傳輸中原理性信號(hào)衰減，將導(dǎo)致視頻圖像的不清晰。
顯然，視頻電纜生產(chǎn)廠家、視頻插頭的質(zhì)量好壞更是直接影響視頻圖像質(zhì)量的重要因素，測(cè)試通過的視頻電纜質(zhì)量必須與實(shí)際工程中的視頻電纜一致才有意義。
二、視頻電纜傳輸干擾分析
同軸電纜對(duì)各種頻率的隔離程度，即抗干擾能力有較大差別，圖7是同軸電纜在外界施加不同頻率的等幅干擾電壓情況下，測(cè)到的感應(yīng)電壓。
同軸電纜對(duì)低頻的屏蔽隔離較差，頻率越高，隔離越好。目前出現(xiàn)干擾最多的是低頻信號(hào)干擾，220V 50HZ的頻率竄入視頻信號(hào)，表現(xiàn)為畫面上有滾動(dòng)的雙條紋，解決方法有兩種，視頻走線管道要求采用鐵管走線，防止附近的燈，風(fēng)機(jī)的低頻信號(hào)竄入，同時(shí)要求鐵管之間很好的連接。另外可以使用UPS，UPS設(shè)計(jì)要考慮到余量，一般對(duì)監(jiān)控要求不高的地方，UPS斷電維持時(shí)間為15分鐘左右即可，UPS一個(gè)用途是濾波，防止一些非正常信號(hào)竄入，另外一個(gè)用途為穩(wěn)壓作用，因?yàn)殡妷翰环€(wěn)定造成監(jiān)控主機(jī)頻繁重啟的故障。
視頻壓縮算法對(duì)視頻圖像質(zhì)量影響
高清晰視頻圖像除了通常所熟悉的像素指標(biāo)外，還有像素深度，它是用來(lái)度量圖像的分辨率，像素深度決定視頻圖像各個(gè)像素的顏色數(shù)值，在高清晰視頻圖像中，每一個(gè)彩色視頻圖像像素深度用R、G、B（紅色、綠色、藍(lán)色）三個(gè)分量表示，每個(gè)顏色分量用8位2進(jìn)制表示，因此R、G、B（紅色、綠色、藍(lán)色）三個(gè)分量的顏色組合為224= 16777216種。
鑒于未經(jīng)壓縮的數(shù)字視頻圖像傳輸和存儲(chǔ)占用空間和帶寬很大，因此必須對(duì)數(shù)字視頻圖像進(jìn)行壓縮，一般情況下，因?yàn)楸O(jiān)視器顏色分辨率的限制、人的眼睛分辨率的限制，不一定要求很深的像素深度。但是過淺的像素深度將導(dǎo)致視頻圖像顏色失真和粗糙。由于人眼對(duì)顏色細(xì)節(jié)的分辨能力遠(yuǎn)比對(duì)亮度（黑白）細(xì)節(jié)的分辨能力低，而且使眼睛逐漸遠(yuǎn)離屏幕，當(dāng)你分辨不出彩條時(shí)，黑白條仍然能夠分辨出來(lái)。
我們選擇紅、綠、藍(lán)三基色相互組合經(jīng)過測(cè)試，我們得出下述結(jié)論并作為彩色視頻無(wú)損壓縮的依據(jù)：亮度分辨率同彩色分辨率之比大約在1：0.32 &<2316;0.72。
根據(jù)這個(gè)原理，利用不同的顏色空間也能壓縮圖像數(shù)據(jù)。保持亮度分量的分辨率而把彩色分量的分辨率降低，這樣并不會(huì)明顯降低圖像的質(zhì)量。實(shí)際中可以把幾個(gè)相鄰像素的顏色值當(dāng)作相同的顏色值來(lái)處理，從而減少所需的存貯容量。
視頻壓縮的三種基本方式：第一種方法是將相同的或相似的視頻數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)特征歸類，使用較少的數(shù)據(jù)量描述原始數(shù)據(jù)，達(dá)到減少視頻數(shù)據(jù)量的目的。這種壓縮一般為無(wú)損壓縮。第二種方法是利用人眼的視覺特性有針對(duì)性地簡(jiǎn)化不重要的顏色數(shù)據(jù)，以減少總的數(shù)據(jù)量。這種壓縮一般為有損壓縮，只要損失的數(shù)據(jù)不太影響人眼主觀接收的效果，就可采用。第三種方法是幀間壓縮方式，或者稱為動(dòng)態(tài)壓縮方式。
因此在存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)帶寬允許的情況下，硬盤錄象機(jī)的碼流設(shè)置應(yīng)當(dāng)盡量提高，以保證圖像清晰度。通過我們對(duì)某型國(guó)產(chǎn)硬盤錄象機(jī)碼流變化測(cè)試，當(dāng)碼流從220MB/小時(shí)降到150MB/小時(shí)，圖像分辨率下降18％。
監(jiān)視器分辨率對(duì)視頻圖像質(zhì)量影響
據(jù)專家統(tǒng)計(jì)得出，人眼睛的分辨率為350DPI，換算到15"顯示器對(duì)應(yīng)的分辨率為：4200 x 3150。
光在視網(wǎng)膜中轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)電信號(hào)需要一段時(shí)間。研究表明，視網(wǎng)膜上準(zhǔn)確的物體影像，在物體消失后，仍會(huì)持續(xù)10-20毫秒之久，之后該影像才快速隱退，如果物體足夠明亮，還會(huì)留下一個(gè)輪廓。因此，光在眼睛上建立的視覺圖像需要一段時(shí)間才能消失，這種現(xiàn)象叫做視覺殘留。人眼的視覺殘留時(shí)間大約為0.04s（0.005秒到0.1秒），所以人眼能對(duì)出現(xiàn)在人的視覺中維持時(shí)間大于這個(gè)值的影像準(zhǔn)確分辨和定位，也就是說(shuō)，必須以大于每秒24幀以上的速度連續(xù)播放影像，才可以在人眼中形成連續(xù)的動(dòng)畫。
余輝時(shí)間短于10μs為極短余輝，10μs-1ms為短余輝，1ms-0.1s為中余輝，0.1s-1s為長(zhǎng)余輝，大于1s為極長(zhǎng)余輝。一般液晶顯示器的余輝時(shí)間大約在25毫秒左右。綜合攝像機(jī)垂直和水平分辨率、視頻信號(hào)傳輸、視頻圖像壓縮綜合因素，選擇的彩色監(jiān)視器應(yīng)該在500線以上。
經(jīng)過我們對(duì)影響整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像清晰度四大因素的數(shù)字分析，同時(shí)對(duì)應(yīng)用在監(jiān)控工程中的鏡頭、攝像機(jī)、視頻電纜和接插件（含布線）、最優(yōu)壓縮算法和監(jiān)視器的選擇，我們獲得了非常令人滿意的視頻圖像清晰度。今后我們還要在色彩還原、三維自由立體顯示進(jìn)行更加深入的研究。
