‧ 高清監控攝影機圖像模糊 技術原因分析

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隨著安防行業的持續高速發展，技術也日新月異，不斷衍生的新技術或從其它行業引入的技術，都對安防從業者帶來挑戰，尤其是數位高清監控。如今，監控攝影機已經越來越智能化、數位化、資訊化，然而，圖像模糊，對於監控攝影機，尤其高清監控攝影機仍是一個硬傷。

清晰、通透的畫質能讓人賞心悅目，逼真的色澤還能提升監控人員的心緒，但現實是，圖像模糊不清的情況卻常有發生，而最為惱人的事是面對模糊圖像，監控人員卻丈二和尚摸不著頭腦，不知如何擺弄。

造成圖像模糊的原因多種多樣，有設備自身原因，也有環境因素，只要一個環節處理不當，圖像模糊就在所難免。

只有瞭解了它真實的原因，問題才能迎刃而解。本文將對一系列問題進行簡單的闡述。

光源環境

環境的光照狀況，決定了攝影機成像的好壞。為解決光照問題，通常可以通過環境補光來提升監控場景的照度，從而提升圖像畫質。補光辦法常會有如下二類：

外部加裝輔助可見光源：使用可見光照明技術難度低，安裝及應用快捷，這是類比監控常用的辦法，在其它技術尚未成熟的情況下，採用加裝輔助可見光照明，是最為直接也是最行之有效的方法；在數位高清監控的今天，在較多的監控場所，仍沿用此最直接最為有效的辦法，如煤礦井下等；

增設非可見光源：現在常用到的非可見輔助光源有兩種，一是紅外光，隨著紅外發光技術的成熟，尤其是紅外LED燈技術的成熟，使得應用於攝影監控更加方便，使用壽命更長，從而可讓攝影機不受環境照度影響，實現24小時不間斷監控；二是鐳射，與紅外光一樣，都是直接安裝於攝影機上的主動式光源，但鐳射的聚焦性更好，成像距離也比較遠。

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環境光照情況是萬變的，不同地點、不同時間都會不一樣，要實現高清成像就必須營造一個有利於成像的環境，光照不足時須為其提供輔助光源；同時還要處理好攝影機與環境的關係，如選擇恰當安裝位置以避免逆光等。

鏡頭本身

無論是可見光還是不可見光，補光僅是成像環節中的一部分，若要實現高品質圖像呈現，還需從攝影機自身來提升。攝影機清晰成像實際上是各個元器件協調合作的結果，任一部分的不足或缺失，都會對成像品質造成極大的影響。

鏡頭清晰度如果與攝影機不匹配，畫質就達不到預期的效果。傍晚、夜間。當鏡頭難以獲得足夠的光線，會造成圖像畫面模糊，噪點增多，對運動物體的抓拍有拖尾等。因此，夜間監控攝影機採用大口徑鏡頭是較好的選擇，以便在低光照環境下，大口徑鏡頭能獲取較多的光線，有助於提升圖像清晰度。

一體機採用自動聚焦鏡頭，如果製作技術不夠精良，自動聚焦也容易出現偏差，造成失焦模糊。球面鏡頭的圖像清晰度大大下降，這是低端項目中普遍存在的現狀。遇大霧粉塵等特殊鏡頭採用近紅外濾色片、鍍膜技術及電子圖像增強技術，將會大幅提升監控距離及圖像清晰度。

高感光元件

如果將鏡頭比作人的眼睛，那麼感光元件就是人眼的視網膜，所有光線在其上被映射轉換成電子圖像，再經攝影機後端處理形成直觀的圖像影像流。

感測器像素數的多少，關乎到圖像畫質的清晰度。圖像模糊很大一部分是由於影像源清晰度不夠造成的，比如CIF、QCIF等，像素低，再經AD/DA處理後，會損失部分資訊，圖像清晰度自然會更低。

在高清需求下，感光元件正向著高清化發展，現在，130萬、200萬像素感測器已經成為主流，300萬、400萬、500萬、800萬甚至更高的像素產品也不鮮見，它們能提供更高清的畫質，為高清呈現提供了良好影像源。

感測器的安裝技術對清晰成像也有著緊密聯繫，在應用中，常發現這樣一些問題，由於感測器安裝不平衡，所呈現的畫面一側的清晰度很高，而另一側卻顯現模糊不清，這種情況，要解決圖像模糊問題，就只有更換攝影機或讓廠家調整感測器的安裝位置了。

晶片處理能力

晶片是攝影機的核心部件，攝影機感測器在將光圖像轉換成電子圖像後，都須在DSP處理後才從後端發射出去，其承載了影像處理與分析、編解碼壓縮等大量工作，如果是智慧設備，還會嵌入大量的智慧分析演算法，進入高清監控時代，其作用更為凸顯。

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現在晶片不但要處理高清影像流，還要對高清資料進行分析，無形中又增加了運算量，在龐大的資料處理面前，晶片的性能常會顯得捉襟見肘。

數位化的發展最主要就是攝影機晶片性能的提升，從而實現各種影像處理應用，比如可處理高清、高幀率傳輸的影像流，或處理更加複雜的圖像。努力提升晶片的處理能力，使其在模糊圖像的檢測，及處理上發揮出更大的作用。

圖像傳輸

選擇何種介質和設備，傳送圖像和其它控制信號，將直接關係到監控系統的品質和可靠性。一般來說，距離在二、三百米以內，並且無環境干擾、佈線空間大的場所，可以考慮使用常規的影像同軸電纜；當傳輸距離在5～6百米以上及1～2公里以內，或環境干擾大、佈線要求緊湊的場所，可考慮使用網路用超五類雙絞線；如距離更遠時，光纖就是必然的選擇了。

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而光纖轉換器為監控系統提供了靈活的傳輸和組網方式，信號品質好、穩定性高。而尤以非壓縮數位圖像光纖轉換器效果最好，非壓縮數位圖像光纖轉換器能提供很好的圖像傳輸效果(信噪比大於60dB，微分相位失真小於2°，微分增益失真小於2%)，達到了廣播級的傳輸品質，並且圖像傳輸是全即時的。

傳輸頻寬較窄，而傳輸的資料流程又比較大時，造成資料無法順暢傳輸，顯示器畫面中的圖像即表現出馬賽克、畫面停止、畫面跳躍等，如果是由此原因造成圖像模糊，那只能或提升傳輸頻寬，或降低監控圖像解析度和幀率。

顯示端匹配問題

受解析度的限制，顯示的圖像效果也會不一樣。如果攝影機輸出的圖像解析度，大於顯示器的解析，度或顯示裝置銳度不夠、動態範圍較差等，都有可能出現圖像被截屏(如960H解析度的圖像，如果沒有相應解析度的顯示器，所用顯示器的畫面為被切除後的圖像)、畫面不清晰(標清顯示器是無法將高清圖像的細節呈現的)、圖像變形等現象，其中畫面不清晰和變形最為常見，此種情況下，最佳的解決方案就是更換相應解析度的顯示裝置。

從攝影機成像到實現高清顯示，是一個綜合作用的過程，各步驟間需協同合作才能實現圖像的優化，每一個部件都是關鍵，缺一不可。因此，一個好的攝影機，首先要確保自身硬體是優良的，這樣才能從信號源頭上降低圖像的模糊程度。

儘管目前從攝影機到傳輸，再到顯示裝置，仍不能滿足人們對高畫質呈現的要求，我們對於圖像清晰度的追求是無極限的，因此不能說已"解決"了圖像模糊的問題，而只能說是"改善"，只有更好，沒有最好。因此，硬體的改進仍須孜孜不倦地進行。

軟體處理

硬體是“死”的，軟體是“活”的，硬體管道行不通，可以通過軟體來實現模糊圖像的優化應用，這已經成為模糊影像處理的重要手段。通過軟體來處理模糊圖像，演算法種類很多，實現的方式也很多，一些硬體無法處理的問題或可以在軟體中得到修正。

通過軟體修復，可將模糊的圖像還原正常，將場景形態準確還原。軟體處理的應用已經成為優化監控圖像的重要手段，並且日益發揮出重要的作用，隨著智慧分析應用的普及，演算法對圖像資訊的精確度要求越來越高，圖像優化技術也將由此得到進一步推動。

編解碼演算法

對於編碼問題，當前的研究方向還是如何利用H.264或更加先進的H.265編碼演算法，從而在保證畫質的情況下，更大地降低碼流。當前在廣電IPTV領域，已經有些私有壓縮演算法，可以達到300Kbps支援全動感D1畫面，2Mbps支援1080P全動感畫面。如果能夠將其借鑒到監控領域，那麼壓縮演算法應該在保證畫面品質的情況下，還可以降低一倍，從而達到1Mbps高清畫質水準。