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安防暗战寂静无声 短板急需补齐

来源:网络整理更新时间:2019-11-09 09:27作者:佚名
[摘要]低照度摄像机能够补齐安防监控产业“夜盲眼”的致命短板,成为安防圈最热的技术突破点之一。据统计接近70%的犯罪都是在夜间发生,道路、仓库、野外等众多场所如果在夜间无法被监控,城市和乡镇的人身及财务安全也只会处于一片阴影之中。补光拍摄的方法早已有之,
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  “星光”、“黑光”、“AI超微光”、“极光”,在安防行业这些概念似乎比“低照度摄像机”本身要火的多。

  无论营销名称是什么,归根到底,它们都是用不同的方法使摄像机能在夜间拍摄到更像白昼一般的图像。

  低照度摄像机能够补齐安防监控产业“夜盲眼”的致命短板,成为安防圈最热的技术突破点之一。据统计接近70%的犯罪都是在夜间发生,道路、仓库、野外等众多场所如果在夜间无法被监控,城市和乡镇的人身及财务安全也只会处于一片阴影之中。补光拍摄的方法早已有之,但是“光污染”、“能源浪费”、“盲区多”等问题一直是夜间监控的痛点。

  安防暗战寂静无声 短板急需补齐

  自2014年起,新诞生的“星光”一词在安防领域几乎成为“低照度”的代名词,2016年至今,低照度摄像机迎来高速发展阶段,说不上狂风大浪,却年年以“新技术”、“亮点技术”的姿态出现在安博会展台最显眼的位置。

  在海康威视、大华、宇视、天地伟业、科达等安防企业的你追我赶之下,低照度监控摄像机的市场需求已然被引爆。众多安防企业、通讯玩家纷纷跟进,它们不仅瓜分众多碎片化的市场,还借着人工智能的东风,亮出具有特异性的方案。

  “星光”、“黑光”等低照度摄像技术究竟有什么神奇之处?在低照度技术稳打稳扎发展的五年里,海大宇等安防巨头和众多安防翘楚怎样将这片市场搅热 ?2019年,和人工智能紧密结合的低照度相机又为安防产业带来了什么?

  一、从“星光”到众多变种技术,补齐安防之眼的短板

  很长时间里,“安防之眼”摄像头都存在“夜盲眼”的致命短板。据统计,接近70%的犯罪都是在夜间发生,从晚上7点到次日凌晨5点是犯罪事件的高发期,摄像机夜间成像质量已然成为安防大数据发展的短板。

  星光级摄像机应运而生。通常意义下,星光级摄像机通常指在近乎只有星光的微光环境下,在没有任何辅助光源的情况下,仍可以显示清晰的彩色图像的摄像机。所谓的星光级照度约在0.01Lux至0.001Lux之间,而晴朗的有月光的晚上的光照度约为0.1至0.01Lux。

  而类似的,“超星光”、“黑光”则是将照度再次降低。一般来说,当照度在0.001Lux以下的时候为“超星光”,当照度为0Lux时则为“黑光”。

  早在1998年就出现了低照摄像机的概念,当时领先的是三星、三洋等外资品牌。

  2014年随着感光元器件等硬件的发展,“星光级”安防监控摄像产品在市面上出现,而此时的主角已变为海康威视、大华、宇视、天地伟业等本土企业,它们先后发布了自己的200万像素星光级摄像机产品,摄像机的“夜盲眼”康复之路正式开启。

  简单来说,星光级摄像机的“夜视”主要通过镜头、光圈、图片传感器和补光灯等多个硬件维度实现优化。镜头和光圈分别限制了透光和进光能力,而图像传感器通过感光能力,补光灯通过补光能力来加持摄像机低照度能力。

  虽然摄像机“夜视能力”需要从这些维度来进行优化,但是这些硬件并非像堆积木一样堆砌能力最强的就好,因此不同安防企业的技术方案及产品线也不一样。比如,镜头在选择时并不是光圈越大越好,而是需要在进光量和景深上获得一个平衡。除此之外,采用多大靶面的传感器、是否搭配红外及白光来补光、选择几个镜头和传感器等光路设计问题,原始数据测试和ISP效果调试,都是各个厂家不同架构需要考虑的因素,也直接影响星光摄像效果。

  随着人工智能技术的发展,人们也开始使用机器学习算法等软件方法来提高摄像机的夜视能力。在市面上盛行的“AI超微光”、“超星光”、“极光”的营销概念不同,技术原理上也有一些差异,但总体来说都是在“星光级摄像机”基础上不断的优化。

  目前,星光级摄像机等低照度摄像机已经在道路、仓库、野外、养殖场、小区、工厂等光线较暗或无光照的场景中,在需要高画面清晰度的场景被广泛应用。比如,在公安领域,过去的摄像机只能拍出黑白的画面,但星光摄像机乃至更高级别的“黑光”、“极光”摄像机可以通过彩色的夜视效果帮民警判别“嫌疑人穿什么颜色衣服”等问题,从而大大降低破案难度。

  二、2016-2019:照度猛降、概念比拼、AI竞速

  从2016年到2019年,随着背照式传感器等元器件的更新,星光级摄像技术飞速发展,以海大宇为首的各厂家开始推出“超星光”、“黑光”、“极光”等变种革新技术。

  短短几年里,海康、大华、宇视、科达、天地伟业等安防企业不约而同地从起先的追求低照度,到为了智能识别应用提高摄像头清晰度,再到利用AI来提升低照度摄像机的清晰度和色彩画质,实际上经历了在市场应用的需求催促下从“追求画质”到“追求智能”的演变。

  1、海康威视:“星光”淘汰,“黑光”时代来了

  2014年,海康威视打响安防摄像机的“夜视”第一枪。海康威视接连推出星光级300万高帧率枪型网络摄像及星光级200万像素红外网络高清智能球机。2015年星光级摄像技术被应用到了公安领域的鹰眼系列全景摄像机。另外,海康威视研发出了“星光+”摄像机,更关注运动物体的检测,将信噪比提升30%。

  2016年,海康威视的星光摄像机已经广泛应用于国足比赛安保工作、博物馆监控、直播钱塘江大潮等场景,其4K星光级网络摄像机在2016年安博会上获得创新产品特等奖。

  正当“星光”市场一片热潮时,海康威视2016年则默默转向“黑光摄像机”的研发和产品化。在当年安博会海康威视展台上,有一个别出心裁的小暗房,里面就放置了海康威视的“黑光”系列摄像机,它能够“看到”照度为0Lux环境下的物体的彩色画面。

  2017年3月,海康威视全彩黑光摄像机如约而至。它在技术上有重大的突破,采用视网膜成像技术的双sensor构架,能模仿出人眼视网膜成像,解决了色彩和亮度相互间干扰的矛盾。同时,SpecEX双光融合,能得到比星光摄像机噪点减少的画面。

  时至今日,海康威视的相关产品线已经衍生出“黑光防爆摄像机”等垂直领域的产品。同时,黑光摄像机已经在应战台风“利奇马”防汛、24小时呈现河道情况、监测野生动物园等场景中被广泛应用。

  海康威视低照摄像产品线专家对智东西说,星光摄像机虽然有过一段辉煌的历史,但是随着黑光摄像机的出现,星光摄像机将退出时代的舞台。随着黑光等低照度摄像技术的不断改进和优化,市场应用将不断走向常态化、规模化,经济型的产品也将使用到黑光技术,它会逐渐走向低端市场,并被推广普及。

  而后,海康威视低照摄像机的路线逐渐聚焦在黑光摄像机上,星光技术则主要作为智能化产品的辅助加持。比如其“AI好搭档”400万像素的星光摄像机、具有内部拾音功能的星光摄像机等等。

  2、宇视大华:一边紧随,一边推陈

  作为安防王牌企业之一,宇视科技也在2014年初推出星光级摄像机。2016年底,宇视推出的高清星光红外半球网络摄像机不仅能够在极低照度(0.005lux)下实现噪点较少的彩色成像,还包括了越界检测、区域入侵、进入区域、离开区域、徘徊检测、人脸检测、客流统计等智慧化功能。

  而面对当下低照环境下人脸抓拍困难的问题,宇视直接叫板海康。

  宇视认为,一类厂商选择的“双Sensor”架构虽然在将两路图像合二为一后实现了色彩和亮度两不干扰,提升了成像效果,却存在技术缺陷。缺陷主要在于合成图像偏色,无法适用于完全无光的场所,成本较高等。

  对此,宇视给出的解法是自研的“Extra-ISP”、“U-FACE”技术。“Extra-ISP”技术是在新一代芯片的ISP的基础上,增加了时域降噪算法和多维度锐度提升算法,以降低低照环境下运动图像的拖影,让人脸等运动物体的细节可以充分展现出来。时域降噪是对多帧图像进行分析运算来进行降噪,运动估计的设置是为了防止剧烈移动的主体出现运动残留的现象。“U-FACE”技术是以宇视新一代深度智能核心芯片为支撑,加持新的人脸曝光和人脸小图增强双重算法,针对低照环境下的人脸进行优化,提升脸的亮度、通透性和均衡性。在宇视开创的微星光摄像机等产品中,就应用了这种新的ISP技术。

  除此之外,宇视从低照摄像机的存储上寻求特异性。据了解,其33倍星光球机和200万超星光摄像机采用自研的U-Code超级编码技术,200万像素相机只需要1M码流,是H.264的1/4,是H.265的1/2,在不降画质的情况下节省存储空间。

  大华的推新节奏紧跟海康老大哥的步伐。2014年9月大华推出星光级超低照度200万像素高清摄像机。在次年推出的6寸高清200万像素星光红外网络高速智能球机,据称,它集成全景云台、跟踪定位、智能分析等技术,萌芽的“智慧化”已经能应用在平安城市建设中。

  2016年,大华推出了具有差异性的4K极光摄像机,几乎同步于海康的黑光摄像机。所谓“极光”,据称是指相机能达到比星光更加极致的夜视效果。

  大华4K极光摄像机采用索尼4/3英寸大靶面CMOS传感器,大靶面与背照式技术融合,加上ISP核心处理算法的配合,最低照度达到了彩色0.0005Lux,黑白0.0001Lux。

  大华的4K极光人脸识别网络摄像机在当年安博会获得“金鼎奖”。该机还展现了基于大华深度学习技术相关算法的人脸识别与人脸属性提取功能,支持8种属性和5种表情的结构化信息提取,最大可以支持10000张人脸库的比对。

  而后两年,“AI化”成为之后几年的重要趋势。基于人工智能技的“慧”系列AI智慧星光级监控摄像机,采用双传感器的大华9寸高清极光网络高速智能球机,适合小区、医院、银行等商用场景的睿智系列星光级人脸摄像机等等,从中都能看到人工智能的影子。

  3、百花齐放,新技术与“鬼影”并存

  元器件的进步为头部玩家低照度摄像机的研发预备了条件,头部玩家的挺近也促进了低照度摄像机产业链的整合,以凤凰光学、宇瞳、索尼、APTINA、OV、舜宇光学等为首的元器件商在这个过程中大放异彩。在元器件技术进一步发展和低照度摄像机产业链进一步整合的条件下,许多安防企业、通讯企业及AI企业也纷纷推出自己的低照度摄像机方案。

  众多安防中坚力量不仅限于追风,还积极寻求自己的特异性。如,科达在2019安博会上发布了AI超微光摄像机。他们认为市面上主流的强化补光、硬件堆叠、复杂ISP处理不同程度的存在光污染、拖影等问题,因此采取自研的深度学习图像增强算法,通过学习大量场景抓拍的照片直接对传感器输入的数据进行图像恢复。

  基于AI超微光技术,科达推出了三大系列摄像机新品。包括AI超微光车辆卡口、AI超微光车辆电警和AI超微光人员卡口。科达科技公司的低照度摄像机专家告诉我们,AI超微光低照摄像机不同于星光摄像机的技术路径,和常见的星光摄像机的应用场景也略有不同,AI超微光摄像机更适用于交通领域而不是监控卡扣等公安场景。

  一些安防企业不仅积极建立自己的低照度技术护城河,还致力于将星光与其它技术融合起来,开发“下一代星光”。 比如天地伟业面对单镜头、单Sensor达到瓶颈去做“双光路设计”,以此是物体轮廓更清楚、画面更清晰;面对低照拖尾、丢帧问题,天地伟业利用自研的TVP技术的特殊动作阈值设定、联动增益及时域空域双边滤波降噪来优化画质;天地伟业也被认为是首提“超星光”技术的玩家。

  除此之外,星光+人车识别、星光+语音提示、星光+警戒、星光+自动调光等方案也大大提升了低照摄像机的应对复杂场景的能力。

  2019年,低照摄象机“百花齐放”,安博会上可见一斑,不仅方案商齐头并进,产业链上游的凤凰光学、宇瞳等元器件商也以1号馆的绝佳位置、超大展区和众多低照元器件大放异彩。

  当然,潮流之下也时泥沙俱下,一些低质量的黑光、星光摄像机也进入市场。比如业主发出的某品牌的夜视摄像机拍出“鬼影”。这也折射出低照摄像机存在技术维度众多难以标准化、成本较高、市场混杂等问题。

  三、复杂场景提出新要求,AI技术带来新动力

  五年前,让摄像头在伸手不见五指的环境中“看见”彩色的画面还是不敢想象的事,现在不仅能看见,还能看清,甚至在看清之后还能进行识别,并且还能通过报警、语音提示等方式让摄像头主动进行任务处理。

  由此看来,作为一个市场具有一定门槛的产品方向,低照摄像机近年来发展是很快的。虽然“星光”、“黑光”等概念连年出现在安博会上,但每一年都有新的内涵和应用。

  海康威视负责低照度摄像机产品的专家告诉智东西记者,未来随着黑光等低照度摄像技术的不断改进和优化,市场应用将不断走向成熟,走向常态化、规模化的应用,经济型的产品也将使用到黑光技术,从高端产品走向低端、普及。天地伟业公司产品总经理程岳寅认为,星光级技术因为其先天优势,已被广泛应用于智慧城市、雪亮工程、政府机关、监狱监所、边防建设、园区治安等领域,此外星光与其他技术相融合来解决更多系统的问题,这会是一个趋势。

  科达科技公司的智慧城市事业部产品经理吴益达告诉我们,低照度技术产品并不是大家想的多么偏门,而是能切实解决很多普遍问题。比如从交警领域来讲,它能够解决“光污染扰民”、“道路环境忽明忽暗晃司机眼睛”等问题,因此实用性很强。目前相关政策也为低照度摄像机带来了很多机会,比如上海已经在智慧城市落地中推进低照技术的应用,相信其它城市会很快地跟进。

  目前,星光摄像机的落地情况喜忧参半。一方面星光摄像机已经在道路、工厂、鱼塘等众多光线弱且需要高清晰度画面的场所广泛应用,另一方面,面对复杂的应用场景仍然存在一些列实际问题。比如在道路上,“车辆大灯”就是低照摄像机的落地的一个难点,过快过强的光进入会为摄像头看清环境、车牌带来挑战。

  除此之外,虽然目前的黑光摄像机、4K星光级摄像机的像素已经能支持车牌识别等智能化功能,但是在已有的硬件配置下分辨率仍然具有很多提升空间,对此厂家都在通过增加传感器、更新ISP技术、开发新的补光灯等技术来优化成像效果。

  另外,受限于现在的硬件技术水平,真正的星光级、黑光级摄像机的成本仍然比较高,加持智能化功能的设备就更加耗费客户的成本花费了。尽管在智慧交通、平安城市等大场景下,比如在取消高速路口人工收费站的推进中,很多场景都与低照摄像机十分匹配,但是客户仍会在考虑实际成本的情况下选择更具有性价比的方案。

  安防AI化趋势为低照度摄像机的发展带来了新的动力,也带来了玩家新的对弈。从今年科达携“AI超微光”产品、商汤搬来“人脸识别小黑屋”在安博会中“踢馆”来看,AI技术也为安防产业带来了一股清新的气象。在这种气象下,非巨头玩家们越来越有底气走出和巨头不一样的技术路径,进而形成自己的智能化低照摄像技术护城河。

  在“星光+智能识别”、“星光+智能调光”、“星光+警戒”等下一代融合性的技术应用的机会来临之际,虽然安防巨头凭借产业生态和渠道积累优势仍然占据优势,但其他安防企业也有望在安防碎片化市场中分得一大杯羹,至于真实的应用效果如何,我们拭目以待。

  天地伟业行业总经理王宁说,随着AI智能的发展,低照度摄像机的应用也将迎来巨大的增长。一方面,AI智能化识别等软件应用需要“硬主软辅”的低照度摄像机技术来支撑,另一方面,AI软件技术也将促进低照度摄像机再次探测自身的极限性能。除此之外,王宁认为,发力码率压制和具体应用场景的系统方案也是低照度摄像机发展的两大趋势。

  四、结语:低照度摄像技术成产业技术博弈点

  近年来,“星光级”低照度摄像机已经从概念变为各厂商的标配产品,而黑光、极光等更加极致的低照度技术成为各厂商的关注焦点。从追求更低的照度环境,到追求更好看的画面,再到追求极致的清晰度和色彩还原度来助力AI智能识别的应用,低照度摄像机的发展一路高歌猛进。

  在低照度监控摄像机领域,传统安防企业具有先发优势。低照度监控技术涉及的技术维度较多,具有一定的行业门槛,早发力且具有充足产业链资源和渠道的传统安防玩家引领着潮流。随着AI在安防行业的应用日益加深,非巨头安防企业借助AI算法技术来开辟新的低照度监控相机技术路径,也能亮出差异化的打法,从而瓜分碎片化的安防市场。

  不断发展的低照度监控摄像机技术使得安防行业的场景边界不断延伸,8小时摄像机变为“24”小时工作制,许多从前无法被较好地监控的荒郊野外、工厂鱼塘、深巷拐角不再是法外之地,令人头疼的“光污染”“能源浪费”等问题也迎刃而解。尽管,在技术的落地应用中还存在众多复杂的场景需求需要考虑,但这种碎片化的市场局势也为重多不同技术路线的玩家带来不同的机会。

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