數(shù)字化攝像頭模組在智慧安防領域的應用淺談

宋國輝

（深圳市泓嘉精密影像有限公司，廣東深圳 518000）

目前，從視頻到數(shù)據(jù)、從AI 到AIOT，全面構建數(shù)字化攝像頭視頻模組，建立城市各個領域中的數(shù)據(jù)平臺安防系統(tǒng)已經(jīng)成為大勢所趨。正是由于智慧安防領域中大量智能安防技術的出現(xiàn)才使得安防行業(yè)市場快速發(fā)展，全面推動了視頻監(jiān)控技術的信息化、智能化不斷升級。例如本文中將要探討的數(shù)字化攝像頭模組技術已經(jīng)不斷深入發(fā)展到智慧安防的各個領域中，應用于交通指揮中心、車站、博物館、展廳、商場、貨運碼頭等各個監(jiān)控場所中，并發(fā)揮了重要價值作用。

1 數(shù)字化攝像頭模組在智慧安防領域中的應用概述

數(shù)字化攝像頭模組主要負責智能視頻監(jiān)控，其組成部分包括了攝像頭、傳輸模塊、顯示模塊、控制模塊以及記錄登記模塊五大部分。主要通過控制主機將視頻信號分配到各種監(jiān)視器以及錄像設備中，進而實現(xiàn)對云臺行為的有效控制，建立特殊錄像處理技術模式。在這一套系統(tǒng)中，運用最多的就是云臺攝像頭，它是數(shù)字化攝像頭模組中的核心部件，是對傳統(tǒng)攝像頭的升級。它主要通過控制云臺底座自由轉動（可轉動范圍達到270°～360°）來做到基本全向監(jiān)控。就目前城市內公共場合監(jiān)控與安防而言，數(shù)字化攝像頭模組所提供的全景監(jiān)控形態(tài)表現(xiàn)相當良好[1]。

就廣角云臺而言，其所適合的應用場景相當之多，而伴隨安防監(jiān)控事業(yè)的快速向前發(fā)展，業(yè)內也逐漸提高了對于數(shù)字化攝像頭模組的清晰度、穩(wěn)定性、安全性、隱私性應用要求。在智能安防布局整體建設過程中，目前的數(shù)字化攝像頭模組在人臉抓拍、人臉識別對比、停車場車牌識別、車位檢測、車流量統(tǒng)計等方面表現(xiàn)出色。而在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進技術出現(xiàn)以后，數(shù)字化攝像頭模組也進一步擴大了自身在智慧安防領域中的應用范圍，在溫濕度探測、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控等領域大展身手，全面豐富了智慧安防領域的技術應用內容。就以數(shù)字化云臺攝像頭模組設計為例，其云臺設計采用自動旋轉（旋轉角度更大可完全實現(xiàn)全景拍攝）設計，不但提高了畫質水平，也深度挖掘設計出了智能偵測等功能模塊，基本實現(xiàn)了AI+安防聯(lián)合操作技術要求，徹底解決了云臺智能化安防工作中一切問題。目前國內某些機電企業(yè)就已經(jīng)深入開發(fā)研究了全新的數(shù)字化攝像頭模組，其在云臺轉速、承重、攝像頭掃描監(jiān)視范圍、云臺整體結構等方面都有改良，提出了針對性解決方案。就以云臺承重改良技術為例，某些機電公司已經(jīng)研究開發(fā)出了高速球型云臺攝像機，該攝像機在深入研究球型云臺大體積的同時，也滿足了其大力矩快速、大范圍轉動要求。在巧妙加入齒輪箱設計平臺后，球型云臺能夠通過齒輪結構進行快速變位，合理分配變位系數(shù)，優(yōu)化計算嚙合角度與滑移率、重合度，最終校核、改善云臺電機齒輪箱效率、噪聲以及精確度。

在數(shù)字化攝像頭模組前端攝像機的快速定位方面，則專門設計了快速跟蹤移動目標功能，這使得攝像頭模組在監(jiān)控全程都不會出現(xiàn)盲區(qū)，真正做到了快速跟蹤、快速響應。攝像頭云臺齒輪箱的解決方案則主要通過內置高解細分步進電機配合攝像頭云臺齒輪箱來共同實現(xiàn)，其中更利用到了擁有1～4級多層級且可變換的傳動機構，它能調整齒輪箱輸入轉速以及力矩，同時調整數(shù)字化攝像頭模組中的云臺水平與垂直連續(xù)運行角度、速度等，基本能夠滿足攝像頭連續(xù)跟蹤監(jiān)控目標要求，再根據(jù)目標變化來調整旋轉角度的靈敏性，確保云臺能夠快速旋轉，捕捉畫面。就軟硬件方面而言，在數(shù)字化攝像頭模組中，大量軟硬件的應用也相當深入。例如在建立智能控制云臺，完善硬件基礎上，還引入了圖像處理技術、人工智能AI 技術、互聯(lián)網(wǎng)傳輸技術等，確保模組能夠智能捕獲各種跟蹤拍攝對象，實現(xiàn)對拍攝構圖的有效優(yōu)化，而硬件云臺也能與攝像設備實現(xiàn)互聯(lián)。與此同時，這一設計對于模組主動判斷、預警并智能防御突發(fā)事件也有一定好處[2]。

眾所周知，目前的智能安防領域中各種業(yè)務內容逐漸豐富，特別是數(shù)字化攝像頭模組的加入真正實現(xiàn)了對于技術邊界的有效消融，同時擴展場景、靈活調配資源、真正建立了一個全生態(tài)的現(xiàn)代化智能安防體系。在新模組驅動下，智能安防行業(yè)實現(xiàn)了有機拓展，在未來“IoT+AI+”視頻監(jiān)控技術聯(lián)合應用下逐漸實現(xiàn)了對于智慧安防領域技術體系的有效下沉，在智能汽車自動駕駛、智慧醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等下游新興產(chǎn)業(yè)中也實現(xiàn)了有效應用，它已經(jīng)全面影響到了當前智慧安防市場的發(fā)展布局[3]。

2 數(shù)字化攝像頭模組的設計方案

2.1 外置ISP技術數(shù)字化攝像頭模組設計方案概述

文中所要介紹的是一種外置ISP 技術的數(shù)字化攝像頭模組，相比于市面上傳統(tǒng)的攝像頭模組來說，外置ISP 數(shù)字化攝像頭模組能夠完成圖像輸出任務，并在該基礎上根據(jù)不同環(huán)境對圖像進行針對性處理，改善用戶體驗。ISP 技術屬于一種攝像機專用技術，它參考人眼視覺要求來分析攝像機所拍攝到的數(shù)據(jù)并進行即時轉換與處理，其目的就是確保圖片或視頻更加適于人眼觀看。在ISP 數(shù)字化攝像頭模組中包含了多種功能模塊，且每一個功能模塊都會針對原始數(shù)據(jù)中所出現(xiàn)的問題進行相應調節(jié)分析。例如降噪模塊能夠減少噪聲干擾，顏色調節(jié)模塊則可調整圖像顏色，使其更加自然真實。而近年來，伴隨網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展進步，高清攝像機也已經(jīng)出現(xiàn)，并為攝像機圖像質量提升選擇引入ISP 技術。作為CMOS 與CCD 攝像機中的重要器件，ISP 對于傳感器中所生成的圖像數(shù)據(jù)能夠進行后期處理，這是因為傳感器直出圖像質量相對不理想，在細節(jié)與色彩方面都有較大瑕疵，因此需要利用ISP 技術進行處理，例如去噪、去壞點、邊緣強化、白平衡校正處理等。

2.2 外置ISP技術數(shù)字化攝像頭模組結構組成內容

所謂外置ISP 技術攝像頭模組，其主體部分包括了護殼、鏡頭以及外置ISP 模塊，另外內部還有LED顯示屏、伸縮裝置以及格式處理器。就以格式處理器為例，它能夠在表面設置存儲控制器，主要處理音頻裝置內容，連接LCD 接口，建立攝像頭模組，同時分析、處理ISP 模塊中的各項數(shù)據(jù)內容，以追求獲得較好的分析處理效果。如圖1所示[4]。

圖1 外置ISP技術攝像頭模組示意圖

圖1中，外置ISP 技術攝像頭模組中就包括了1主體護殼、2 鏡頭、3內部LED 顯示屏、4伸縮裝置以及5外置ISP 模塊。除此之外，模組中還包含了存儲控制裝置、音頻處理裝置、圖像控制器、格式處理器、電性連接裝置等[5]。

2.3 外置ISP技術的數(shù)字化攝像頭模組設計流程

為了體現(xiàn)外置ISP 技術數(shù)字化攝像頭模組技術優(yōu)勢，下文給出具體的技術方案，研究其設計技術流程。

（1）要確保外置ISP 技術攝像頭模組中的主體護殼、鏡頭以及外置ISP 模塊設計到位，結合內部LED顯示屏與伸縮裝置設置鏡頭，保證外置ISP 模塊位于鏡頭上方位置，同時建立從內腔到外部的圖像控制器、音頻處理器以及格式處理器，合理布局LCD 連接口。在LCD 連接口內表面則直接套接了LCD 內置圈，保證格式處理器與音頻處理裝置能夠實現(xiàn)相互之間的電性連接。

（2）需要優(yōu)選LCD 接口，設計其接口為圓柱體，并在LCD 內置圈內套接LCD 接口環(huán)形內腔。相比于現(xiàn)有技術，新設計方案對于外置ISP 技術攝像頭模組的設計優(yōu)化非常到位，它主要在設備主殼外側設置外置ISP 模塊，可以快速對所拍攝照片進行ISP 模塊分析處理，進而獲得更高的圖片質量，最終正常輸出數(shù)字化圖片。而在拍攝、預覽并輸出對應聲音時，則利用模組中的音頻解碼器對音頻進行處理，再通過數(shù)據(jù)接口拷貝輸出數(shù)據(jù)內容，最后留存歷史數(shù)據(jù)[6]。

3 案例簡析

數(shù)字化攝像頭模組在當前的智慧安防領域中應用廣泛，例如它在智能汽車控制系統(tǒng)中的應用就相當深入，它決定了智能汽車是否能夠正常行駛，導航系統(tǒng)是否能夠正常運行。下文結合案例簡單來談。

3.1 數(shù)字化攝像頭的設計

某地區(qū)專門為智能汽車控制要求安裝了數(shù)字化攝像頭模組，其數(shù)字化攝像頭所采用的是一款高分辨率CMOS 數(shù)字化圖像傳感器，其中內置10位雙通道A/D 轉換器，可輸出32位圖像數(shù)據(jù)，在自動增益與自動白平衡控制方面表現(xiàn)出色，可實現(xiàn)對亮度、對比度、飽和度等多種數(shù)據(jù)指標的有效調節(jié)。目前，某地區(qū)將這一模組應用于動態(tài)圖像采集系統(tǒng)中，其數(shù)字化攝像頭具有極好穩(wěn)定性，在靈敏度表現(xiàn)上也相對較強，且體積相當之小。

3.2 智能控制系統(tǒng)的軟件設計

某地區(qū)的數(shù)字化攝像頭模組中設計了智能控制系統(tǒng)軟件，主要用于支持操控數(shù)字化攝像頭。該軟件是能夠實現(xiàn)I2C 串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模瑫r也能輸出黑白信號，充分考慮到不同等級公路路面與路邊緣標記色彩方差較大這一現(xiàn)實問題。在提高信息傳遞速率的同時，也希望將攝像頭信號輸出方式調整為并行數(shù)據(jù)傳輸方式，如此對于動態(tài)監(jiān)視視頻圖像具有一定好處，當然也能配合傳統(tǒng)串行數(shù)據(jù)進行通信。

在智能汽車控制軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取以及存儲部分中，則主要利用數(shù)據(jù)二值化技術進行操作，分析比較數(shù)據(jù)內容，計算數(shù)據(jù)誤差，控制數(shù)據(jù)類型。由此所衍生出的智能汽車控制算法可參考圖2[7]。

圖2 智能汽車控制軟件系統(tǒng)的結構示意圖

圖2中，當智能汽車控制軟件系統(tǒng)監(jiān)測到模組中央控制單元時鐘時，需要分析其運行穩(wěn)定性，在保證穩(wěn)定狀態(tài)下才能啟動攝像頭進入正式工作狀態(tài)中。如此就能結合數(shù)據(jù)庫標記交通出道口，分析車輛位置是否符合預設要求，確保車輛監(jiān)控誤差輸出為0。如果車輛位置偏離預設位置，則誤差輸出數(shù)據(jù)會伴隨偏角變化而發(fā)生改變[8]。

4 結束語

文章主要探討了數(shù)字化攝像頭模組在智慧安防領域中的各種技術應用，可以看到該模組技術已經(jīng)被應用于各個行業(yè)領域中，并發(fā)揮了其應有的科技價值，例如本文中所探討的外置ISP 技術數(shù)字化攝像頭模組以及應用于智能車輛監(jiān)控檢測的數(shù)字化攝像頭模組技術。所以在未來，還應該進一步研究這一技術，確保它能夠服務于更多行業(yè)領域，造福社會大眾。