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智慧聚焦
 
認識AHD監控攝影機
 
雖然,網路監控攝影機(IP Camera)是未來監控領域的必然走向,但是在零售業、居家等安防預算屬於中低價位的應用市場來說,類比系統仍然是當前的熱門的選項,尤其是它們能因應監控產業的高清(High Definition)趨勢,推出相適應的高清型類比影像傳輸方案,更是為類比監控延長了壽命。
 
撰文:王奕超
  好友人數
 

 


AHD的優勢
在介紹AHD之前,有必要先來談談影像的傳輸規格。目前價格與傳統類比系統差不多,但是在性能上能直逼IP Camera,不但畫面比起傳統類比有更高的解析度和清晰度、沒有亮色串擾等問題,且傳輸距離也較長的類比高清方案還不只一個,其中較多人採用的,也最受人議論的要屬浙江大華研發的CVI(High Definition Composite Video Interface,HDCVI)、杭州海康視力推的TVI(High Definition Transport Video Interface,HDTVI)、韓國Nextchip推出的AHD這三大方案。在IDS第6期的「專業聚焦」單元我們曾經對於這三種方案進行較為詳細的說明,因此在這裡我們不耗費太多篇幅對它們進行剖析,僅再簡單點出幾項重點給讀者參考。

CVI、TVI、AHD三者,就傳輸能力而論,在3C和5C同軸電纜的傳輸上,能力大抵相同,約能達300公尺至500公尺左右,但是在另一種重要傳輸線材——雙絞線的傳輸上,AHD可達300至400公尺遠,遠遠超過CVI和TVI的200公尺,要知道,一條雙絞線擁有四對對絞的芯線,一次能夠傳四組影像,比起一條才只能傳一組影像的同軸電纜在施工上省時、省力、省成本許多,是近來不少工程商的偏愛,因此雙絞線的傳輸能力可謂重要指標,也顯現AHD對線材的適應性;以生態體系的開放程度來說,CVI從規格的制定到晶片的生產,再到配套攝影機和DVR等產品的製造,幾乎沒有其他晶片廠商和設備廠商的參與,CVI規格的攝影機更是只能和CVI規格的DVR搭配,是三者中最為封閉的,相較之下,TVI和AHD則是擁有開放的生態圈,有著眾家廠商合作、參與,配套和支援都較為完整,一般能做到兼容、置換相同高畫質形式下的不同廠牌的類比攝影機與DVR;至於在三者的價格和市占率方面,以AHD市占最高,價格最低,TVI次之,CVI市占率最低也最貴。由於CVI的價位高,兼容性又低,因此在類比高清方案的挑選上, TVI和AHD對於工程商和使用者來說,會是比較好的選擇。

那AHD有什麼優勢值得我們特別在這裡介紹呢?事實上, TVI和AHD兩者是各有優劣的,並不是AHD一枝獨秀,簡單來說,雖然AHD有價格便宜、雙絞線傳輸距離長、對線材適應性高等優點,但一方面畫質級別版本較多,另一方面因為體系極為開放,參與廠商良莠不齊,因而存在品質不穩定的問題,相較之下TVI的版本較為單純,再加上TVI的參與廠商是以海康威視為主,其他廠家為輔,品質也較為穩定。但如果要說到經濟實惠,TVI仍然非AHD敵手。這也是本期針對中低價市場選擇推薦它的原因。

AHD的版本

AHD目前的版本有三個級別,高級版本都能向下兼容。它們分別是:



攝影機規格
在介紹完AHD之後,我們再來簡單解說一下一般監控攝影機的規格。畢竟,監控攝影機的各項規格也是使用者在挑選上不可輕忽的重點。接下來我們就針對幾個值得關注的基本規格進行說明,好讓讀者在挑選產品上有些參考的依據。

攝像元件
攝像元件就是影像感測器,又稱感光元件,是一種將光學影像轉換成電子訊號的設備,它被廣泛地應用在相機、攝影機等影像設備中,早期多採用攝像管(video camera tube)作為影像感測器,目前主要採用感光耦合元件(charge-coupled device,CCD)和互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)兩種,以Sony、Matsushita、Sharp、Agilent、OmniVision等廠家為主要供應商。

那CCD與CMOS之間有什麼差異呢?過去CMOS感測器有著比CCD感測器高的雜訊,因為CCD的感光二極體比較大,在同等條件下可接收較強的光訊號,對應的輸出電訊號也更強,因此在高端案場等重要監控點,都是使用CCD感測器的監控攝影機,而在市場價格上,向來也是CCD較為昂貴。不過,近年來,隨著CMOS雜訊抑制技術的發展, CMOS在感光度上不斷提高,由於具有價格上的優勢,已經逐漸成為CCD的競爭對手。另一方面,CCD與CMOS在訊號採集上,CCD只能以畫面的橫向掃描線為單位來讀出,相較之下CMOS是將畫面進行分割,再分別進行訊號的讀出,速度較快,尤其是在高畫質的影像上,因此,在當今監控攝影機朝高畫質發展的時代趨勢裡,CMOS也成為越來越多廠商的選擇。
鏡頭
鏡頭選擇的指標有很多,在這裡僅簡單介紹焦距長(focal length)和光圈值(F Stop)這兩個重點。

焦距長是從鏡頭之鏡片中間點到光線能清晰聚焦的那一點之間的距離,一般作f,以mm為單位。焦距數值小,視野越廣,所觀察的範圍也越大,但能清楚辨識的距離比較短;焦距數值大,視野較窄,觀察範圍小,但是能捕捉的畫面較遠。

通常監控攝影機的鏡頭有定焦和變焦之分,「定焦鏡頭」(Fix lens)為固定焦距之鏡頭,而「變焦鏡頭」(Vari-focal lens)的焦距則可以針對不同環境,彈性的調整。「變焦鏡頭」適宜在開闊、多變的監控空間或環境使用,市面常見的焦距規格為2.8mm~12mm、3.3mm~8mm、6mm~15mm、5mm~50mm、6mm~60mm,還可在分為手動及電動兩種;「定焦鏡頭」則以室內、有範圍限制的監控空間為宜,常見的有焦距為4mm、6mm、8mm、12mm、16mm的鏡頭。

光圈值,又稱F值,F值越小,光通量越大,也就是進光亮越大。一般來說低照度攝影機的F值不會超過2。

畫素
畫素(pixel),指的是畫面上的點狀元素,為影像顯示的基本單位,點的結構越密集影像畫質越細膩。平常在談論幾百萬畫素的畫素,指的是影像的總畫素,而總畫素是由水平單行點數乘以垂直單行點數所得出的數值。在同樣的技術與環境下,畫素越高的影像,所呈現出來的視覺品質越好。雖然現在監控都競相朝越來越高清發展,不過,除非是高端應用市場,除非是需要使用到數位放大功能,否則百萬畫素其實已能應付許多需求,尤其是低端的市場。另外必須提醒的是,高畫質影像必須搭配合適的監看螢幕,否則螢幕尺寸不夠大是無法達到預想的監看效果。

逐行掃描與隔行掃描
逐行掃描(progressive scan)與隔行掃描(Interlaced scan)是影像顯示設備表示影像的方式,逐行掃描是將每一幀影像由電子束順序地一行接著一行連續掃描而成,隔行掃描則是把影像通過奇數行和偶數行兩場分開掃描完成。常見標示影像解析度的1080p、720p、1080i、720i,代表的是垂直方向有1080或720條左右的水平掃描線,p代表的progressive scan,i則指Interlaced scan,當然水平掃描線越多,也就是數字越大,代表的也就是影像越清晰。

照度
一流明光束照射於一平方公呎面積上之照度稱為LUX,是照度的基本單位,攝影機的照度越低,就代表在微光甚至夜間呈現影像的能力越好。以下直接列出各種常見環境所代表的照度:



如果要在逼近0LUX的環境下拍攝,一般需要有強健的低照能力,至於在0LUX的環境拍攝,該攝影機必然就需要有紅外線夜視的功能,至於要觀察一個攝影機的夜視功能強不強,不能只看攝影機上的紅外線LED數,因為一顆高階LED比普通的LED要強大許多。夜視的有效距離才是一個比較好的參考點。

自動增益控制
自動增益控制(Automatic Gain Control,AGC),主要是針對傍晚照度不足而紅外線尚未啟動時,進光量變少,監視器監看現場環境受影響的情況,所設計的一項功能,它能自動調整影像訊號,以利使用者有效監看現場狀態。不過因為自動增益功能於影像信號放大的同時,也會一併將雜訊放大,所以一般在設定增益數值時,以設定在中間值為佳。

訊雜比
訊雜比(S/N),即訊號與雜訊的比率,訊雜比是科學與工程的度量,用以比較所需訊號的程度與雜訊的程度,通常用分貝(dB) 表示。訊雜比數值越高,代表抑制雜訊的能力越強,反之則越弱,大於1:1(高於0分貝)的比率顯示訊號多於雜訊。必須注意的是,一般談論訊雜比是在AGC關閉時測試出來的數值,因為一旦開啟AGC,數值就會失真。

白平衡設定功能
白平衡,是攝影領域非常重要的概念,即將白色光線平衡回來的意思。由於光線有冷、熱的溫度,不同的光線溫度,會呈現不同的色彩,這種色彩溫度被稱為「色溫」,其溫標以物理學家開爾文男爵(William Thomson, 1st Baron Kelvin)之名Kelvin命名。

所謂白平衡設定,簡單來說,就是對攝影機的「色溫」進行設定,讓攝影機攝錄的影像之色彩,能夠接近甚至符合人眼視覺所感受的色彩習慣。一般的白平衡設定可分為自動白平衡(Auto White Balance,AWB)、自動白平衡追蹤 (Auto Tracking White Balance,ATW)、自動白平衡控制(Auto White Balance Control-SET,AWC-SET) 三種模式,端看使用環境的需求選擇合適的設定。AWB適用於全色溫範圍的修正,但如果畫面中有單一顏色佔畫面比例較多時顏色會被修淡,因而在這種情況下會有畫面失真的問題。ATW適用於2000K~10000K 範圍的色溫調整,會依物體色溫不同持續做動態調整,遇到單一顏色時也不會有變淡的問題,是最符合人眼的白平衡校正,然而缺點是,超出適用色溫範圍時畫面會產生色偏。AWC-SET則是對特定環境使用的一次性固定白平衡,所以變換環境時必須著手調整。

背光補償功能
背光補償(Back Light Compensation,BLC)功能是為解決攝影機裝設於逆光環境時,人臉辨識不清的問題,透過自動增益提高輸出的影像訊號幅值,使圖像清晰明亮。然而它常有無法兼顧整體畫面的問題,為了解決逆光補償這一缺陷,因而有寬動態技術的推出,寬動態功能是採用雙快門技術,一個快門處理提升亮度,一個快門處理降低亮度,如此能夠平衡光源,讓人物能清楚被辨別,避免逆光黑臉的情況產生。

操作注意事項
除了前述的基本規格須注意,監控攝影機是否有防水、防塵性能?適宜的操作溫度、適用電源、耗電量也是值得注意的細節,瞭解這些細節能讓攝影機在適用的場域上發揮,也能保障它的壽命。尤其擁有紅外線夜視功能的監控攝影機,更是應該嚴格注意電壓,因為LED對電壓很敏感,電壓過高,LED管內晶片會燒掉;電壓略低,發光量又會大為降低,達不到該有的紅外線有效距離。

本土廠商推薦
在說明了前述這些細節後,接下來,我們就實際介紹3家各自由台灣北中南發跡的知名本土監控廠商——聯順光電、台灣微凱、皇昇科技,他們各具特色的AHD監控攝影機,以饗讀者。
 
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