浅析一体化摄像机的应用前景

    文/曾虹云 金三立视频科技(深圳)有限公司

　　一体化摄像机自上个世纪末面世以来，因其轻便的外型、灵活的环境适应性、较广的监控范围、较高的性价比等优势，在高速公路、市政场馆、酒店、医院等对环境要求较高场所发挥着关键作用;近年来，伴随着高清浪潮之势，技术厂家研发的DSP处理器，依据监控区域的目标位置有效控制一体化机芯拍摄高质量的图像，提高成像品质，更是让一体化摄像机渐为安防市场追捧。

　　何为一体化摄像机

　　一体化摄像机，顾名思义，集摄像机、变焦镜头于一体，具有自动聚焦(AF)及变焦功能，简称一体机。

　　真正含义上的第一台一体化摄像机诞生于1997年，一开始出现在当时辅导行业的长途解说视频方面。1999年，韩国世林电子Saerim(现归属于韩国CNB旗下)首将一体化摄像机接口改为RS-232，由此正式推向安防监控领域。一体化摄像机当时专指可自动聚焦、镜头内建的摄像机，其技术从家用摄像机技术发展而来，和常见的枪机比较，一体化摄像机具备体积小巧、结构紧凑、安装应用方便、监控范畴广、性价比高等特点。一体机正式出现在国内本土市场上是在1998年，但基本上都是国外产品。目前的国内一体机市场，主要由SONY、HITACHI、SAMSUNG、CNB、LG、海康威视、大华股份等厂家所统领。

　　应用“随遇而安”

　　不同于传统摄像机对环境的“挑剔”，一体化摄像机对环境的适应能力超强，能“随遇而安”。一体化摄像机室外型都具有防水功能，而传统摄像机需和云台、防护罩配合使用才可以达到防水的功能。对于高温、雨雪等恶劣的室外环境，通过良好的防爆、防水等功能的配置，一体化摄像机可以实现良好的监控效果，解决用户室外监控的后顾之忧。而对于特殊环境的监控需求，一体化摄像机同样有着出色表现，有专门用于生化环境的防腐蚀一体化摄像机、有可用于海底的防水一体化摄像机，还有为应对室外高温天气而研制的，具有良好散热功能的一体化摄像机等。可以乐观地预计，随着一体化摄像机功能优势的全面发挥，将会给各类安防应用带来更积极的监控体验。

　　一体化摄像机监控范围宽广，特别适用于各类大范围监控场所。与传统摄像机相比，一体机体积精巧、美观，在安装方面具有优势，比较方便，其电源、视频、控制信号均有直接插口，不似传统摄像机有麻烦的连线;高清网络一体机可以通过网络实现变倍、聚焦和光圈控制，一次安装后几乎不需要到现场进行后期维护;一体机成像系统(镜头)、CCD、DSP技术专利均被国际知名大厂所掌握，相对传统摄像机来说，一体机质量可以得到较好的控制。

　　自动聚焦是一体化摄像机的特有优势，也正因为自动聚焦，可以让一体化摄像机应对动态对象时展现流畅清晰画质。自动聚焦即是通过摄像机自动聚焦算法检测图像主物面的位置，并根据其在摄像机图像传感器上的聚焦情况自动调整镜头的聚焦马达，这样往复多次，即可实现变焦控制全程自动聚焦，图像在变焦过程中随时保持清晰。如此一来，传统枪机跑焦和手动调焦维护的时代便一去不复返了。传统摄像机定位系统不够灵活，多需要手动对焦，而一体化摄像机最大的优点就是具有自动聚焦功能，能够即时呈现清晰图像，实现快速准确的实时监控。尤其在对高速公路的监控中，由于车辆速度较快，容易出现监控图像模糊、拖尾等现象，高品质的一体化摄像机可对车辆图像进行自动聚焦，并能达到很好的定焦效果，为道路监控和交通管理提供理想的监控图像。

　　局限性

　　所谓成也萧何，败也萧何。自动聚焦是一体化摄像机的应用特色，关系到一体化摄像机能否快速、清晰地获取图像，而在当前，限制国内一体机发展的瓶颈也在于自动聚焦。聚焦速度和效果好坏，直接影响到用户对监控现场图像的抓取和录像。好的产品，可以一次性准确聚焦;差的产品，在聚焦时会来回往复，需要3、4次才能定焦，或者聚焦不到“最清晰点”。自动聚焦这一技术，成为厂商急需要解决的技术难题。一些厂商为了避开这个障碍，只能在后端的电机控制部分、产品外壳上下功夫，加上一些OSD菜单开发，用来设置摄像机的各种参数。更有图省事的厂商，直接采用进口机芯做二次开发，图像画质上与国外产品无多大差别，AF效果却无可比性。纵观一体化摄像机的应用现状，其自动聚焦出现的问题主要体现在以下几个方面。

　　首先是聚焦点偏移问题。枪式摄像机主要由机身和镜头两部分组合而成，其高性能的实现有赖于机身与镜头的完美搭配。而在监控项目中，如果用户或施工人员的专业技术不足，对摄像机与镜头搭配不合理，就会影响摄像机性能。在安防应用中，用户多采用手动调焦镜头，然而手动调焦依赖于人眼目视检测和手动调节，其效率低下、精度不尽人意;此外，枪机本身易受到潮气、振动、热胀冷缩等环境因素干扰，在使用一段时间后，极易出现由于摄像机聚焦点偏移造成图像模糊、不稳定、老化快等问题。

　　其次，背焦(后焦)调节问题。由于摄像机图像传感器靶面不平以及不同镜头之间后焦距的区别，因此枪机背焦(后焦)调节技术，一直是枪型摄像机厂商需要重点研发的技术。而对于枪机使用一段时间后跑焦的问题，很多用户(或工程商)通常只有派技术人员到现场进行处理，就网络监控而言，监控的前端设备分布较远，这也将大大提高监控维护成本;而少数厂商也在摄像机中加入电子后焦调整功能，但这无疑也增加了摄像机的成本。

　　此外，变焦问题不容小觑。现在市场上使用的枪机镜头很多是自动光圈手动变焦型，焦距为几毫米到几十毫米，焦距需要在安装时调整到位并锁定。所以枪机通常只能用到监控范围有限的场合，比如室内、楼道、停车场出入口等监控位置相对固定的场所。当然，枪型摄像机也可以采用电动变焦镜头，但电动镜头工艺复杂，生产成本高，所以目前市场上的电动镜头都比较昂贵。另外，由于网络延时问题，电动变焦后带来的手动控制二次聚焦问题无疑又是一大难题。

　　不得不提的是，由于一体化摄像机多用于室外环境，更多是环境较为特殊的场景，光线变化也很容易影响到摄像机定焦。很多技术厂商由此研发的日夜转换技术让安防无视“黑夜”。集成了双滤光片切换结构，但是带来的是居高不下的成本价格。

　　高速公路实战应用

　　一体化摄像机发展的十余年里，在很多行业中得到了完美应用，充分地完成了呵护一方平安的使命。高速公路因其快速的车流、复杂的地形与气候环境，对一体化摄像机一直青睐有加，尤其是“十二・五”期间，全国高速公路建设更加紧锣密鼓地进行，截止2013年，全国高速公路里程达10.44万公里，如此巨大的人流物流纽带往来，对安防产品及技术的要求自然十分严格。笔者所在公司，其视频监控产品、解决方案在高速公路行业的应用占据全国庞大的份额。下面就公司一体化摄像机在遂资眉高速公路中的应用，来详细谈谈一体化摄像机在高速公路行业的实战情况。

    遂资湄高速公路位于四川盆地腹心地带，巴蜀地形错综复杂，山地较多，此项目中应用到一体化摄像机主要在外场沿线道路以及隧道一线。

　　外场沿线道路采用网络高清球机和网络高清一体化摄像机，通过点对点的光纤收发器接入到就近通信站的汇聚交换机中，再通过汇聚交换机上传到路段监控分中心;隧道网络高清一体化摄像组成环网网络，接入到就近的通信站的汇聚交换机，再通过汇聚交换机上传到路段监控分中心。

　　首先看看隧道监控系统(图1)，隧道内监控的主要目的是观察隧道交通状况，及时发现并疏导交通阻塞，及时发现并排除道路故障;所以，隧道内监控对视频清晰度和实时性没有很高要求，但是摄像机必须具备较高的白平衡调节能力、抗震和粉尘等环境的适应性。

　　隧道内采用30台网络高清枪机，横通道采用1台网络高清智能球机，隧道洞口采用4台网络高清一体机，隧道内变电所采用4台网络高清半球，可全面监控隧道内交通情况。

　　对于隧道口，除了监控交通外，还需要观察隧道口山体的稳定性，及时发现并排除隐患，需要高清晰度的摄像机。此次选型的高清一体机，具有较好的强光抑制效果，亦具有较好的宽动态效果，支持3D云台控制，支持点面结合操控功能。根据隧道情况可选择枪机定点监控，也可以使用具有点面结合功能的高清IPC和高清网络球机，既可以达到一次性精准定位的使用效果，又可以做到整体和局部兼顾。

    接着我们谈谈全程道路监控系统(图2)。全程监控主要是对高速公路沿线、立交桥等高速公路重点路段进行监控，把控高速公路交通状况，及时发现交通阻塞路段，及时给予引导，保证高速公路安全畅通。监控全程道路的摄像机主要设立在桥梁、沿线道路、立交桥等位置，通常安装网络高清一体化摄像机和高清球机，预计远期需增加一定数量的球机满足全程道路监控的需求。

　　在立交桥等重点路段，视频查看和云台控制较为频繁，如有延时会影响操控感。采用高清IPC球机和高清IPC一体机部署。在此次项目中，所采用的200万高清一体化云台摄像机，监控距离达200m-1000m左右，支持云台控制;沿线道路监控每2公里安装1台摄像机，采用网络高清一体云台摄像机或球机，通过点对点光纤收发器传输到附近的通信站，然后通过通信站的汇聚交换机传输到路段监控分中心。

　　结语

　　一体化摄像机历经数十载的发展后，已经打破了国外产品独霸市场的局面，在很多领域都发挥着不可替代的作用。伴随“平安城市”、“科技强警”在全国范围内的普及，“智慧城市”、无人实时监控模式愈炒愈热，以及高清一体化摄像机等机型研发技术的不断进步，相信一体化摄像机的应用由目前的定点转向为全面开花亦指日可待。