监控摄像头参数乱象

说一个监控摄像头清晰度很好,很高清,这是一个描述性的语句,没有量化,作为用户,不太明白这个摄像头清晰到什么程度,好在哪里。同时很多场合下,也不方便与其他类似的摄像头作对比。参数的目的是使产品的好坏,功能等可以标准化,量化,能更准确的描述相应的安防产品性能。

而现实是,本来客观的参数数据,存在人为造假,混淆视听的情况。监控摄像头参数乱标,虚标的情况很多,有些是有意为之,有些是厂家自己都不清楚,胡乱乱标注。这里对监控摄像头常见的参数乱象做个总结。

最低照度

最低照度是指摄像机的低照性能,即在弱光,补光或者无光情况下的成像能力。环境的光照情况用照度(单位lux,勒克斯)表示。1lux大约相当于一根蜡烛照亮1立方米空间的亮度情况。

除了环境光照情况,影响摄像机低照性能还有镜头光圈大小,sensor的感光性能,isp图像优化的好坏。各个参数这里不展开了。所以准确表述一个摄像机低照性能应该是这样:

彩色:0.005 Lux @(F1.2,AGC ON),0 Lux with IR

来源:海康威视官网的某款产品

这意味着这个摄像机使用光圈F1.2的镜头,开启ISP图像处理里的自动增益(AGC),在0.005Lux光照环境下,能保持彩色图像(低于0.005Lux,成像就是黑白的了)。后面0 Lux with IR,是说使用红外补光,在完全漆黑的环境下(0 Lux),仍能正常成像。

关于最低照度参数乱标,反面例子就不举了。大家明确影响摄像机最低照度的几个关键因素:镜头光圈大小,sensor本身的低照性能,ISP图像处理,环境照度情况(Lux,是否有补光灯等)。

再看一个例子。大华的某款摄像机是这样表述其最低照度的:

0.002Lux(彩色模式);
0.0002Lux(黑白模式);
0Lux(红外灯开启)

来源:大华官网

其中争议点在于0.0002Lux(黑白模式),怎样理解0.0002Lux下的黑白图像。图像从彩色到黑白,中间有一个临界点,比如这个例子中的0.002Lux(彩色模式)。那0.0002Lux又是黑白图像到什么样的图像的临界点呢?显然这样的参数表述不准确。

可能是为避免误解,海康的参数省略了黑白模式下的最低照度。而Axis给我们提供了一个比较准确的表述:

Color: 0.16 lux at 50 IRE, F2.0
B/W: 0.03 lux at 50 IRE, F2.0
0 lux with IR illumination on

来源:Axis

其中引入了一个参数– IRE。IRE是一个测量视频信号(电平)的单位。将视频信号的有效部分——视频完全黑色(黑电平)到视频完全白色(白电平)之间平分成100份,定义为100个IRE单位,即0~100IRE(700mV)。

100IRE(700mV)的视频表示为有最好亮度和对比度的视频图像,而50IRE(350mV)的视频表示只有一半的对比度。通常30IRE(210mV)是最低的可用视频图像的数值。(Axis选用了50IRE作标准。)

一个在10IRE下测量的低照结果可以比在100IRE下测量的结果高出10倍,因此没有标出IRE等级的结果实际上是没有意义的。

镜头光圈

这个没太多可说的,存在虚假乱标的情况。镜头光圈会影响摄像机低照性能以及景深。光圈越大(F值越小),进光量越大,景深越浅。

F1.0镜头的进光量是F1.4镜头的2倍,自然能有更好的低照表现。

光圈越大,景深越浅,意味着监控画面中能容忍前后不清晰(聚焦不清晰)的程度越低。所以实际应用中,不一定光圈越大越好。

分辨率

这里涉及到两个问题,分辨率的标准以及差值的方法人为提高sensor的物理分辨率。

先说分辨率的标准,详细的可以看我之前的文章。这里直接说结论。关于分辨率,不同领域中标准略微有差异,不太统一明确。我们应该全面了解。

我们说一个2MP摄像机,是指摄像机的有效像素是200万像素(2 million pixel)。一个像素就是一个点,对于一张图片或者一个二维的视频画面,这些像素点分布在水平和垂直两个方向(水平分辨率和垂直分辨率)。一般的,2MP摄像机,水平方向的像素点有1920个,垂直方向有1080个,1920 x 1080等于2073600,也就是207万多,这也就是2MP摄像机的由来。依次类推推还有3MP,4MP,5MP,8MP等等。这个是从总有效像素角度讲。

另外还有一种标准,从垂直方向的有效像素(垂直分辨率)角度看。比如720P(1280 x 720),1080P(1920 x 1080)。在电影电视行业,把720P命名为HD(高清),1080P命名为Full HD(全高清)。然后还是超高清(Ultra HD,UHD),一般指分辨率为3840 x 2160 (800万像素,4096 x 2160,也称2160P)或者4000 x 3000(1200万像素),有些把8K(7680 × 4320)也称为UHD。

而互联网行业从水平分辨率角度出发,又兴起了另一种命名规则。1K(比如1080P)因为水平分辨率接近或者大于1000。2K(比如2304 x 1296,300万像素),2.5K(2560 x 1440,400万像素),3K(2880 x 1620或者2592 x 1944,500万像素),4K(3840 x 2160)等等。按照这种命名规则,我们完全可以把目前流行的2个200万像素双目拼接的摄像机(比如两个1920 x 1080像素的摄像机图像左右拼接)叫做4K摄像机(拼接以后的像素是3840 x 1080)。

关于分辨率的第二个乱象是差值的方法人为提高sensor的分辨率。比如我们熟知的一款Sony sensor– IMX307,物理分辨率是200万,很多摄像机厂商通过差值的方法,将使用这款sensor的摄像机分辨率提升到了300万。目的何在,不言而喻。

差值的具体实现方法这里不展开了,主要说说由此带来的问题。

虽然提升了画面分辨率,但是监控视角,画面细腻程度并没有提升。同样焦距的镜头用在差值和没有差值摄像机上,画面细腻程度,视角差距很大(一般低分辨率的sensor靶面尺寸更小,因而视角会更窄),对比明显。通过对比监控视角,可以很容易把差值了的方案找出来。

对于价格敏感的消费类安防摄像机,普遍做法是将720P的sensor差值到1080P,而720P的sensor靶面大多是1/4’,与1/3’ 1080P sensor相比,监控视角差距非常明显。

差值(插值)的具体做法

无线天线数量

Wi-Fi和4G(甚至5G)在安防产品上有很多应用。比如Wi-Fi摄像机,Wi-Fi NVR,4G摄像机等。在这些产品上的一个乱象是随意增加天线数量,潜台词是天线数量越多,产品的无线信号越稳定,技术越先进,当然也应该价格更贵。

一般而言,对于普通的Wi-Fi摄像机(无论2.4G或者5G频段,或者双频),很少有使用支持2 x 2mimo 双路Wi-Fi技术的。一是因为需要Wi-Fi模组支持2路发射2路接收(2T2R),明显增加了成本,二则双天线的目的主要是增加无线信号传输的物理带宽上限。对于原本对带宽需求就不大的单个摄像机来说,完全没必要。而在NVR上使用2 X 2mimo双天线则是个不错的选择(因为同时管理多个Wi-Fi摄像机)。

一个有意思的现象是市面上很多杂牌的Wi-Fi摄像机,使用2根天线,甚至3根,5根的很多。仔细检查会发现除了一根是正常的Wi-Fi天线以外,剩下全都是假的(只是天线的外观,里面压根就没有Wi-Fi信号线)。

另一个需要使用无线天线的安防产品是4G网络摄像机。一个需要明确的点是,如果使用的是LTE cat.1模组,只需要1根天线,如果使用的是cat.4模组,则需要2根天线。

变倍倍率

支持光学变倍的监控摄像机能看清楚更远距离的目标,在日常应用中使用很广泛。现实是支持光学变倍的镜头价格不菲,变倍倍率越大的镜头价格越贵。

镜头变倍的倍率一般会叠加显示在监控画面上(OSD)。一些厂家在OSD显示的镜头变倍数字上动起了脑筋。本来是18X的镜头,在OSD显示上改成30X。以此来冒充30倍变倍的摄像机。以小改大。

OSD叠加的变倍数字虽然变大了,但是镜头实际的倍数没变。很容易欺骗一些不明白真相的群众(用户)。

IP防护等级

IP防护等级是指摄像机外壳的防水防尘能力,有对应的标准。比如中国标准GB/T 4208-2017(同欧洲标准IEC 60529:2013)。美国的NEMA 250-2018,日本的JIS C 0920:2003,商业类认证的UL50标准等。

IP66,第一个数字表示摄像机外壳防尘的能力,数字越大说明防尘能力越强。第二个数字表示防水能力,数字越大防水能力越好。因为有标准,就有对应的测试要求。但是一些厂商存在没有经过测试,胡乱标注摄像机IP防护等级的情况。

相应的还有IK防爆等级。

WDR值

同最低照度一样,摄像机宽动态值也存在乱标的情况。一种是将真实宽动态(true WDR)和数字宽动态(dWDR,digital WDR)混为一谈。另一种是虚标WDR值,比如原本只支持80dB WDR的,虚标为120dB。

关于摄像机宽动态功能,120dB宽动态的含义,测试标准方法等等问题可以参见我之前的文章。

夜视距离

一般的摄像机低照性能没有那么强大,在晚上或者光线不好的情况下,要获得良好的图像效果,需要补光。常见的补光灯有红外灯(850nm,940nm),白光(暖光)等。

这里涉及到一个基本常识,补光灯的照射距离和角度应该大于摄像机镜头原本(白天可见光)可视距离和视角。

一些厂商乱标或者夸大摄像机红外,白光灯补光照射距离。当然这里有一点情有可原的地方,监控摄像机的可视视角很容易看出和测量(比如90°,60°等比较容易测量和肉眼观测出来),但是可视距离比较难判定。比如如何判断一个摄像机能看80米或者100米的距离,用什么标准。

这涉及到另一个问题。我在之前的文章中有过介绍,如何通过像素密度来划分摄像机的可视距离。不同的像素密度对应不同的监控功能和需求,比如侦测(Detection),观察(Observation),识别(Recognition),验证(Identification),简称DORI。

按照欧盟标准(EN62676-4:2015、EN50132-7:2012,侦测需要25像素/米,PPM(pixels per meter),观察需要62像素,识别需要125像素,验证需要250像素。

这种标准在国外很流行,可喜的是目前国内安防厂商,比如海康大华,也在产品参数介绍里引入了此标准。

比如大华的某款摄像机标注DORI Distance:

Detect:98.7 m(350.07 ft)
Observe:39.5 m(129.59 ft)
Recognize:19.7 m(64.63 ft)
Identify:9.9 m(32.48 ft)

当然国内也有类似的标准,比如GB/T 35678-2017《公共安全人脸识别应用图像技术要求》规定,识别人脸图像,两眼间距应大于等于30像素,宜大于等于60像素。公安部GA/T893《安防生物特征识别应用术语》规定,(对于车牌识别)字母辨识度15像素(200像素/米)。而人脸识别算法相关的标准规定人脸识别要求是80×80像素。

扩展阅读:

监控摄像头参数乱象

https://ipc.name/mistakes-in-ipc/

作者

天一生水

发布于

2023-08-15

更新于

2024-04-02

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