从高像素IP摄像机谈监控系统智能化与集成化的发展 - 安防知识网

本文分析了当前CCTV系统的不足和IP摄像机的世界发展情况，特别介绍了高像素IP摄像机谈监控系统智能化与集成化的发展，供读者参考。
文/游永庆

视频监控从过去的纯模拟技术，到现在模拟与数字混合为主的技术，发展速度极其惊人。随着科技快速发展和信息化、智能化、多样化应用的需求，无庸置疑，视频监控走向完全数字化（即IP化）将是不远的事情。人们纷纷预测到2011年左右，世界IP化监控系统将占半壁江山，并将快速、最终完全取代模拟系统。

近几年，国内外CCTV厂家纷纷推出IP摄像机，从市场情况和近期的安防展会来看，欧美企业似乎比模拟市场占主导地位的日、韩企业走得快些。瑞典的AXIS，美国的ARECONT、IQINVISION，德国的MOBOTIX，加拿大的LUMENERA等欧美品牌显然要比日本的SONY、PANASONIC、SANYO，韩国的SAMSUNG、LG在市场上来得闪亮与耀眼。国内的CCTV企业如大华、海康、明景、宏天智、恒亿等都在开发自己的IP摄像机，但基本上还是把模拟信号转变为数字信号而已（尽管也已达200-300万像素），与欧美品牌在智能化、集成化上相比，还有不少差距。

自2007年底以来，通过与欧美及多家国内企业进行IP摄像机产品交流与行业对比探讨，同时认真、细致地研究了MOBOTIX公司产品，包括功能验证、性能测试，及实地参观、考察了位于德国的这家图像软件开发公司。可以看得出，其高像素IP摄像机在智能化、集成化方面具有一定的特色。

传统视频监控的观念误区

误区一：实时监看，疲劳且无效
我们都熟知哈佛（Harvard）的试验，人在看电视时，50%的人会专注于两个篮球队之间球的转移，而不会注意到大猩猩(球队的吉祥物)走到视野区域并从视野区中走出的情况。相似地，在一个军事研究中，试验表明在12分钟连续观察2个或更多的顺序排放的监视器后，观察者将错过对45%的场景的观察，在大约22分钟后，会错过95%的场景。

现有的监控系统大多建有电视墙（领导的政绩观也是重要因素），要保安人员盯住监视器以发现警情。实际呢，电视墙成了“花瓶”，仅给上级参观用。据说，平安城市工程中，派出所往往让系统集成商雇人来看监视画面，警察自己宁愿上街巡查也不愿意坐在电视墙前。

误区二：实时录像，无益又浪费
由于实时监看不符合人的心理与生理特征，为了不漏掉没有发现的警情，只好把所有的视频全录下来，以便事后调阅。公安部要求记录时间不少于30天。于是，硬盘录像机代替了人的疲劳，硬盘从开始工作到完全磨损至死都是一直不停地转，有事无事都在录，其勤恳“一生”所记录内容的90%却是垃圾——无用的视频。我们做过统计：16路CIF录像30天，MPEG4格式，至少要用1.5TB的硬盘。

误区三：监而不控，事后诸葛亮
既然实时观看人疲劳，录像机又只会闷头录，真正发生情况时却得不到及时的报警，只有等到发生后再来调阅取证，往往错过了最佳案情处置时机，损失已经无法挽回。如，博物馆的珍品第二天早上上班时发现被盗，然后向警察报案，警察来了再调阅昨晚的监控录像，分析嫌疑人，此时嫌疑人可能已飞到地球的另一端了。2007年12月21日，在南美巴西圣保罗博物馆价值1亿美元的毕加索画作被盗与瑞士博物馆2008年2月11日价值9000万美元的塞尚、德加、梵高、莫奈名画被盗案就是一个明证。

如果案件发生时，监控系统能自动报警且采取行动如打开灯光、封锁出入口，情况肯定不会那么糟糕。

MOBOTIX给人的清新
MOBOTIX IP摄像机的设计是完全基于克服传统监控系统以上三个误区而进行的，可以说是一种全新的监控理念，大家不妨通过图1来打量一下它耳目一新的方方面面。

高清的图像，独立的日/夜、远/近镜头
传统的CCTV其像素大约在40万，最大也就是D1的分辨率，所以大家自然对其数码变焦多少倍数也就不屑一顾了，没有实际应用意义。该摄像机采用1/2英寸CMOS芯片，可以达到320万像素（2048X1536），双镜头的摄像机可以构成全景180度的图像，达640万像素，几乎相当16个模拟摄像机，大大减少了摄像机安装个数和工程造价。如此高像素的全景图像自然就省去了云台、变焦，采用我们称之为“虚拟PTZ”的方法，就可以查看图像的任何细节部分，相当于在一个详细的地图上我们用放大镜可以找到所需的一切, 村庄、道路、桥梁。

不仅如此，该双镜头摄像机不但可以配置为全景摄像，也可以配置成一个近焦、一个远焦镜头，实现深景效果。也可以配置成一个彩色（白天用）、一个黑白（晚上用）镜头，实现真正的日/夜转换，效果远比模拟摄像机一个镜头靠双滤光片切换要强得多，至少没有了容易损坏的移动机械部件，包括光圈，大大减少了维护成本。

“大安防”概念的防盗报警一体集成
从图1可以发现，该摄像机具有“大安防”的概念，它集成了用于侦测警情的各种传感器：被动红外侦测（人员入侵）、图像移动侦测、声音侦测（如爆炸、打雷、鸣笛、吵架）、亮度变化检测（开灯、闪电）、环境温度变化检测（如火灾、气象观测）、开关量检测（如门磁、按钮）等等，大大减少了安防系统工程的复杂性——没有了传统安防系统天罗地网的布线。同时，它也集成了多个告警功能：自带喇叭（现场告警）、LED灯指示、开关量输出（开灯、锁门等）、外接大功率喇叭。还有许多软件报警功能：通知下一个摄像机联动、发图像给巡逻人、大画面弹出、拨打IP电话、发EMAIL等。因此不仅仅是个摄像机，而是一个完整的安防报警系统，包括了公共广播。

一切以发生“事件（警情）”为行动的指南
强调“事件”（EVENT），贯穿系统的整个运行，是智能化的基础信息，这里的事件就是我们通常所说的“警情”，该摄像机给用户20多种丰富事件应用，见表1。我们可以自由定义事件的许多属性，如大家熟悉的移动侦测，在传统模拟摄像机里，只能简单地判断设定的区域图像前后帧是否发生了改变，没有定量的判断。但是在该摄像机中，可以对设定的图像区域（窗口）进行四维分析判断：图像变化的面积和前后帧像素亮度变化的范围，同时还有一个参考区域，可以大大防止错误报警（如阳光因天气变化不报警，而灯光变化可以报警），这就是一个非常智能的移动侦测，传统系统是无与伦比的。

事件逻辑判断是其高度智能化的代表
事件的逻辑判断是其智能化的代表性特征。大家知道，世界著名的图像分析软件公司Object Video是给用户提供第三方智能分析软件的最大公司，其软件是针对用户个性需求而设计的，运行在图像存储的后端，价格自然昂贵，只有军方和特殊部门如美国情报部门CIA和调查部门FBI才能用得起，基本上是针对非民用的。不过，在该摄像机里设计的智能，大多是给寻常百姓应用的，如判别物体的大小（车辆与行人的区别）、事件计数（出入口人员统计、春天里一共打了多少雷、低于某温度的天数）、事件的逻辑判断。我们不妨来看看事件逻辑的应用，这里的事件逻辑是指以上罗列的2个事件间存在的时间顺序、方向等关联关系。举例说明，在某道路上，汽车从东向西开是合法的，否则是非法的，这可以用来监视单行道路或车辆违法变线（如图2所示）。再举个例子，货场出入口，要求要拍摄货车前后车牌、车底状况、司机面貌，四台摄像机需要联动工作，就需要相互的在逻辑上的时间判断，保证货场的货物进出是有准确的取证的。

分布式控制、存储，无中心概念
不管模拟CCTV还是模/数结合的CCTV系统，都有系统中心的概念，如存储中心、监视中心、管理（控制）中心等硬中心，还有级别意义上的软中心，如派出所、分局、市局、省厅等，网络结构非常复杂。但是该摄像机其本身就是一个装有LINUX系统的高级计算机PC，IP网络上，如同INTERNET上的一台主机，完全没有主从的概念，在网络上和其他设备如存储服务器、管理机、浏览器处于完全平等地位，只有使用权限的差别，没有地域、时间上的差别。所以该产品的网络结构就是互联网结构。
无中心的结果，就使得图像的存储可以分布式放到网络上任何的PC或服务器上，大大减少集中存储带来的巨大风险。同时，无中心就可以使用户可以在任何地方通过PC、PDA、3G手机等访问/查看摄像机的图像，如在家里或公司可以看见自己工厂的生产线、专卖店的人流、电站设备的运行、工厂的非法排污、老虎在森林里的出没等情况。

由于该产品的用户端软件是IE和免费的MXCC，任何用户几乎不用花钱，就享有1500路进/30路出的超级数字矩阵功能，这是其他IP摄像机系统无法比拟的。

智能暴光
由于该摄像机没有电子机械光圈（ALC），图像的明暗暴光程度完全由软件来自动控制，一般情况下是不需要用户另外来设置暴光时间的，尽管其最快暴光时间为1/8000秒。如果使用环境比较特殊，如室内外存在极大的亮度反差、道路上有强烈的灯光照射而想看清车牌，这时你可利用它丰富的智能暴光设置，就可达到非常满意的拍摄效果。比如，你可以设置2个暴光小窗口，车辆的大灯一旦进入这2个窗口，图像上的灯光会自动降到足够让你看清车牌的程度。

2008年3月，我们在广深高速公路上可以清晰地拍摄到时速110公里的车辆车牌，无论是白天还是晚上。

在模拟系统中，在宽动态与强光抑制功能设计上，对于那些自称有DSP开发能力的公司，不管采用双AGC技术还是多次暴光技术或直方统计技术，都是一个头疼的问题，不是色彩产生偏差就是效果有限，都不尽人意。这方面，该产品确实是个技术上的重大突破。

智能录像，比模拟系统节省90%的磁盘空间
由于该产品的一切行动是基于“有事”（即事件或叫警情发生），录像也是一种行动，当然不例外。你可以事先设置好要录像的图像区域（如车牌），当有事件发生（如有车进入）时才进行拍照或实时录像，对于事件前后的情景可以少录甚至不录，大大地节省了磁盘存储空间，也降低了网络数据传输的负担。

还有一个特色，该产品机内自带128MB的缓存，如果网络发生故障或阻塞，录像的内容可以暂时保存在缓存内，一旦网络恢复正常，该产品可以把“欠账”补发出去。

真正的全天候气象生存能力
中国是个地域辽阔的国家，东西南北气候差异极大，夏天南方的道路温度可以达到60℃，冬天漠河的最低气温可以达到零下—40℃以下。南方的梅雨季节或夏天的雨后，空气的相对湿度达90%以上，这就要求户外的摄像机有足够的生存能力。对于模拟摄像机，要么不工作，要么就是增配加热器（电热丝）、散热器（如球机内的风扇），但这些装置往往是容易损坏的，维护成本居高不下。

该摄像机可以在低温—30℃以下、高温60℃时工作，基本上满足了中国绝大部分区域的气候要求。这点，在南极科考站的气象观测使用就是明证。为了验证这一点，我们2008年1月30-31日（春节前夕），亲自把该摄像机放到零下—34℃的漠河市雪地上进行实地测试，工作4小时，一切完全正常。对于高温实地应用，也准备在今年夏日进行测试，但由于只有最多3W的功耗，不需要加散热器，如风扇。
IP65级的防尘防水设计，足可以满足除了水下摄像的一切使用环境。