文/张淂福 本刊资深技术顾问 

　　摘要：所谓的低照度摄像机的是指可以在较低光源、微弱光线下工作的闭路电视摄像机，可在低于正常人眼视觉响应的亮度下正常工作的监控摄像系统。也就是说低照度摄像机是能够在非常态照明下，仍然可以拍摄到清晰影像的摄像机，我们就称为低照度摄像机，目前监控产业的对于这类摄像机的定义并无一个公认的标准，因此我们只能将几种可以在低照度条件下正常工作的摄像机称为低照度摄像机。

　　低照度摄像机的类别选型

　　在低照度摄像机产品选型及工程安装前，需先对低照度相关应用的类别及特性有所了解，只有掌握这些特性之后，才能更好地运用于低照度的环境。首先，低照度摄像机一般是指无需辅助灯光就能够在低照度环境下辨别目标，其原理是运用摄像机本身感光组件Sensor、图像处理单元ISP/DSP及镜头光学作用共同实现的，应用这些底层关键技术，夜间监控才得以实现，而这种实现方式并非只有一种类型，具体低照度应用模式大致可包含以下几大类别。

　　第一种: 最常用的低照度高灵敏度模式(Low-Light Mode)

　　这种低照度摄像机类型又称低照度高灵敏度模式、强制彩色模式，此型摄像机大多采用Super HAD Ex-view CCD/ EXTRA -View CCD或背照式COMS为感光组件，在低照度环境下，可见光和近红外光有较好的成像效果。应用此技术的摄像机也称做全天候摄像机。通常其低照度高灵敏度模式的低照度可达10-3Lux，以黑白呈现可达10-4Lux，搭配红外线辅助照明则可在 0 Lux底下使用，但后两种情况的照度不构成Low-light低光彩色条件的要求与模式。此种监控摄像机不仅能清晰的辨识图像，更能在低照度下维持一定噪声值以呈现彩色画面，且不会有慢速快门光累积(或称帧累积)方式出现的画面延迟拖尾(拖影)等情况。

　　第二种: 应用市场上主流的彩色/黑白模式(Day/Night Mode)

　　这种类型又称为D/N日夜模式，它是利用电子机械原理来实现的，目前市场上多数低照度摄像机皆采用此类方法。一般日夜型摄像机的低照度性能以彩色10-2Lux及ICR ON黑白时10-3~10-4Lux(0.001~0.0001Lux)的模式来标示，有些标示以0Lux表示，但是这样的标示基本没有任何意义，因此在应用于低照度环境下的日夜监控时必须特别说明。此种摄像机利用黑白图像对红外线高感度的特点，在特定的光线条件下，利用电子机械线路来切换滤光片ICR Cut或直接切换为黑白信号，即在感应红外线后将图像由彩色转为黑白模式。而在彩色/黑白线路转换的过程中，因为过滤了红外光，使得画面成像焦点产生变化，故必须搭配IR镜头，使日夜成像焦距保持在同一成像点，以避免成像模糊及色彩表现不正确等缺点，虽然这种摄像机已渐成主流，但额外搭配红外IR滤光镜头会让成本增加，且严格来说，此模式是主流机型，却不是成本上最理想的低照度监控应用方式。

　　第三种: 勉为其难才会采用的红外线辅助照明模式(IR Illumination Mode)

　　此类低照度摄像机又称红外线摄像机(IR Camera)，是目前除了日夜转换摄像机以外，这算是最好的一种低照度与夜视的应用方式，此类型还可分为摄像机内置IR红外LED灯及外挂IR红外辅助投射灯两种。因为CCD 及CMOS Sensor感光组件可以感应大部分可见光及红外光光谱范围，故可在夜间无可见光照明的情况下，辅助红外光灯照明可以使Sensor感应到更清晰的图像。同时，摄像机的感光组件在黑白模式下比彩色模式下具有更高的光感灵敏度，可在黑暗的环境中截取到更清晰的图像，所以在红外灯的辅助照明下，可做到0Lux环境条件下的监控应用。此外透过光敏电阻的自动点灭装置，还可选择搭配黑白或日夜型摄像机以增加低照度与夜视的监控应用能力。

　　最后一种:慢速快门模式(Digital Slow Shutter Mode)

　　这种低照度摄像机是一种利用DSS电子慢快门，让光线大量通过镜头光圈，快门累积出较高的画面照度效果，也被称为光累积或帧累积方式。这类帧累积型低照度摄像机，利用慢快门技术，将因光线不足而较显模糊的画面累积起来，形成一个图像清晰的画面。在光圈为F=1.2-1.4的前提下，画面能累积足够的照度帧数，此技术可降低摄像机照度至10-4Lux。过去有专家提及这是一种笨拙但却可靠的低照度应用技术，但要注意，这种技术只适用于固定式的摄像机，且需求环境光线变化是温和不会剧变状态，否则容易导致画面拖影。

　　低照度摄像机的发展现状

　　安防视频监控在各个细分行业中的需求正在逐步增长，作为前端监控的一部分，低照度摄像机也正以稳健的步伐跟上网络数字监控的快速发展节奏。这些低照度摄像机大部份被用于特殊场合或者偏远区域，如一些机要区域、关键基础设施、化工厂、边检控制、港口入境和边防。目前上述四类低照度摄像机中真正被认定大量采用的有两种，一种 是“帧积累”模式和另一种“低照度高灵敏度”模式。很多业内人士并不愿将“彩色转黑白”的日夜模式也当成是一种低照度摄像机模式，那是因为“低照度摄像机”应该是指摄像机本身所采用的组件技术必须要达到的低照度夜视功能，而D/N彩色/黑白的摄像机因受限于感光组件，本身并无法改变，只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升，所以有人说并不能算是真正的低照度摄像机，但随着感光组件由CCD转向CMOS大量采用，感光组件对光线的增益效果日增，现在来说日夜型摄像机也算是低照度摄像机的标准成员了。

　　“低照度高灵敏度”模式是市面上最常用的低照度摄像机，它在配置与性能上增强了背光补偿，采用了高感光低照的CCD，以SONY公司出了EXVIEWHAD为主，如之前的低照低解，低照高解当然现在SONY的配置都是采用“超感度”模式低照度摄像机正规的配置，来达成真正低照低解与低照高解的要求。

　　低照度摄像机的发展障碍有哪些?

　　这一年来，低照度摄像机尽管已经有长足的进步，但随着应用要求的不断提高，用户的日益“挑剔”，其弊端也渐渐暴露出来。低照度摄像机一般是不用外加辅助照明光源较多，所以不像红外线摄像机那样存在许多先天限制，理论上低照度摄像机应用的场所应当越来越广，但事实上，需求量并没有想象中的多。造成这种情况的原因主要有三个方面。

　　价格因素：低照度摄像机零件质量选择要比普通摄像机高，还会应用一些独特的技术来进一步提升低照度性能。一台“高灵敏度”低照度摄像机的价格，要比同参数的普通摄像机高出大约40%以上。工程商和用户对这些较高价位产品还没有一个较普遍的接受度，还是需要时间去培养和转变他们的消费观念和意识，这也大大的限制了低光型摄像机的采用普及性。

　　感光组件对光线处理不够灵敏：刚刚提过，由于CMOS渐渐取代CCD成为低照度摄像机感光组件主流，限制低照度摄像机发展的最主要的因素仍然是感光组件对光线的处理灵敏度。如果感光组件的灵敏度不够高，在非常微弱的自然光下就会导致图像噪声增加、解晰度不够高、图像层次不够强。而且感光组件性能不稳定，将导致低照度摄像机对被摄物体的细节分辨能力下降。

　　“低照度高灵敏度”低照度摄像机对镜头的要求过高：如果要将低光照的功效发挥到极致，镜头的F值至少要在1.2以下，因为只有增大镜头的通光量，才能保证摄像机的感亮度。而专业人士都知道，真正F值达到1.2的镜头，大部份CCTV镜头一般无法达到，而一个稍好点的自动光圈镜头，其价格则会高出一台一般机种摄像机的数倍之多。

　　担心市场需求强度不高：低照度摄像机虽然日趋成熟稳定，但部份行业专家认为配备有IR红外线照明的低照度摄像机才是主流，高灵敏度的低照度摄像机则并非是市场主流，只有在一些特定区域如添加光源成本较高或不便于安装光源的情况下，低照度摄像机才有机会发挥其重要的作用。据市场统计，超过半数以上的应用环境，对监控强度的要求并不是特别高，要求摄像机24小时保持高质量监控的场合也尚未达到一定份额，一般照度的摄像机就能满足大部份应用领域的监控需求。由此可见，低照度摄像机的应用还需要克服选用上的人为因素，才能取得较大的市场突破。

　　低照度摄像机如何成功普及

　　由于受上述多方面限制因素影响，低照度摄像机的普及正处于差强人意的状态。如何才能突破障碍藩篱，这是一个值得的思考问题。多数固定焦距的低照度摄像机在白天可视光线效果良好，因为焦距对波长较短的光线更敏感。晚上切换至红外滤光，使近红外光进入的时候，摄像机就会因较长的波长而失去焦点。现在一些厂商针对这种情况特别开发出一种自动后聚焦(ABF)技术，在焦距转换之后，可以自动调整传感器的位置，保证低照度摄像机的夜视效果。从彩色模式转换到黑白模式时，具备(ABF)功能的摄像机在感应组件位置上自动进行精确调焦，从而精确地实现后焦。这就解决了传统摄像机在取下IR滤光片后影像会变模糊的问题。

　　还有通过数字噪声抑制等方式使得低照度摄像机画质提升，逐步解决其存在的限制因素。任何摄像机其存在都是有一定理由的，低照度摄像机也不例外，但如何让它能有施展拳脚之余地，却能克服一些在使用上组件及人为选型因素，都是低照度摄像机在未来发展中还需克服的问题。也只有种种障碍的突破，才能让低照度摄像机无论在模拟或是数字监控中继续发光发热。