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監控技術全面提昇 用影像讓安全更有保障
 

【作者: 王明德】   2014年06月30日 星期一

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安全監控是視覺感測器(Image Sensor)與嵌入式系統代表性應用,這幾年國際間的恐怖攻擊不斷,安全疑慮急遽上升,安全監控開始與週邊的各類系統整合,新世代監控系統逐漸成型。


新世代安全監控系統的功能趨勢相當明顯,一是高整合的智慧化,二為高清晰影像的HD化,多數導入者當然希望可以兩者兼具,不過在預算有限的情況下,HD往往會是優先考量,畢竟清晰影像是安全監控系統的根本所在,不能清楚辨識畫面,功能再多元都沒用,而影像要清晰,又與攝影元件和整體系統設置息息相關,因此以下就從不同應用情境下,來看安全監控系統的這2個主要構成應該如何架設、調整,以使系統影像擷取最佳化。


圖一
圖一

攝影元件方面,目前市場上主流影像感測器仍為CCD與CMOS Image Sensor兩類為主,CCD向來是安全監控系統的主流影像感測器,兩者在相同畫素下相比,CCD在靈敏度、雜訊處理方面,都要比CMOS高出一節,在相同感測器尺寸下,其進光量也遠勝CMOS,不過CMOS近年來急起直追,CCD的優勢已不再如以往明顯。


近期各項廠商的評測中,在低光環境中,CMOS的表現已經不輸CCD,因此在低照高清的選擇上,CMOS逐漸成為安全監控廠商的另一選擇,此外IP式監控攝影機,在頻寬考量下,通常會在攝影機端就先以編碼器壓縮影像,避免龐大的高清影像造成傳輸阻塞,由於相同晶片尺寸下,CCD的感光度會比CMOS佳,即便經過壓縮,解壓縮後的影像品質仍佳,CMOS要達相同感光度,晶片尺寸會較大,不過由於晶片廠商的量產,CMOS價格極具優勢,因此仍有多數廠商在價格考量下,願意使用CMOS,因此CMOS已是低照高清的IP攝影機主流技術。


CMOS本身技術不斷改進,現在效能已逐漸逼近CCD,不過好的CMOS仍需搭配高效影像處理器,整體效能才能充分發揮,目前DSP/ISP在克服了功耗問題後,不論在影像控制、訊號降噪、背光寬動態,都獲得有效改善,下一步則是嘗試在前端攝影機上研發出更高的寬動態、更好的強光抑制及更穩定的色彩控制的DSP/ISP晶片。


安全監控系統的畫面清晰與否,除了攝影機本身的影像感測器效能外,另一個關鍵是整體系統設置能力,以安控系統設置規模最大的台北市為例,一直以來都有新聞事件因畫面問題,導致無法在第一時間辨認出當事人臉孔,以至無法掌握處理事件的黃金時間。


監控系統可分為「攝影元件」、「傳輸通訊」及「整合平台」三個部分,在不同的應用領域之下,所需求的設備自然有所不同,像是針對路況分析,攝影機對顏色的辨識就並非重點,如何讓畫面清楚乾淨的呈現現況才是優先考慮的面向,但如果必須進行犯罪偵查,顏色形式的辨認反而是其中重點項目,因此如何在不同的應用領域上提供最佳化的解決方案,這是系統整合者必須優先解決的問題。


以「辨人」功能為例,就需要高解析度、自動對焦、變焦,甚至遠端操控功能的設備,現況上設置的CCTV,要達到這樣的目標太過苛求,之前台北市政府耗資13億元,建置完成13,699支警用錄影監視器,卻被發現在監視器引電啟用後,錄影畫面卻一片黑,完全看不清楚影像,畫質不良率將近25%,平均4支中就有1支監視器拍得到畫面,看不到內容,就有業者指出,這是市府事先規劃設計未能設想周延,又未在合約中要求廠商負責到底,導致必須再花6,000多萬元補破洞,重新加裝補光燈。


在設計路口監視器的設置點上,過去必須要考慮現場光源的問題,如果現場光線不足,就必須補充外部光源,不過近來在產品技術上的進步,已逐漸針對超低照度感光進行支援,以降低對紅外線LED的依賴。


因此在整合要求上,如何將經費花在刀口上,在重點環境設置必要設備,整合完整平台,才有可能達成需求,如果以過去解析度30萬畫素的攝影機拍攝人物,如果大部特徵相同,基本上要分辨是「誰」,難度相當的高;但在攝影機解析度提高的現況下,的確有機會做到辨識功能


舉例來說,過去在台北101發生的韓國鑽石大盜案,就是因為其作案鏡頭遭錄下,在台灣警方轉知韓國後,一下就逮到該名大盜;據韓國方面宣稱,只要被鎖定的目標一出門,警方可在30分鐘內掌握該目標的行蹤。但光是辨識系統就可以像韓國所稱的這麼「神」嗎?


或許是媒體誇大了「智慧化」的能力,不過這類的犯罪偵防模式,在技術上的確已經成熟,但重點仍在應用的整合規劃,所謂的辨識系統並非像電影或媒體所稱的那麼神奇,並非人物出現,就可以透過監視系統確認他的「身分」,而是確認「特徵」,身分辨識技術必須在較不複雜的場域,以及完整建置的資料庫比對才能達成,目前實務上可行的,是一種類似於「跟監」模式的監控技術,這樣的監控是比對人物及其交通工具等特徵與資料庫比對,並加以追蹤,由於在系統的可辨識度上,對顏色、形狀或車牌號碼等有較高的準確性,透過比對這些特徵影像出現的環境,加以追蹤分析行徑軌跡的做法,是目前在警政治安追蹤上較主流的方式。


從平台選擇來看,智慧化的城市安控系統,將以工業等級平台為核心,過去以消費性PC系統作為系統核心的方式,勢必逐漸消失,一個功能良好的城市安控平台必須包括影像監控管理、災害及應變管理、交通管理、資訊蒐集及整合等子系統,並利用各子系統之間的訊息交換,來達到資源共享與整體監督管理目標,城市安控的智慧化願景也才能達成。


至於在整體系統設置部份,有2點需要注意,在產品趨勢方面,未來的監視攝影機水準將會逐步提高,破解過對解析度的迷思,必須要能真正看清楚,要達到這個目標,包括鏡頭的伸縮焦距、自動對焦等功能將持續導入,以加速建置速度並降低維護成本;還必須針對照明的智慧化需求進行改善,讓攝影機可以直接感測現場光線以改變攝影模式,降低光照所造成的影響。


至於應用趨勢,主要仍在傳輸及智慧化有所著墨,包括擴大頻寬需求及SaaS的應用模式,以迎合資訊的流通,此外透過IVS減少資訊整合的時程,以及自動告警相關功能,也會是未來安全監控系統的重點,這些均有助於系統對即時性與影像畫面清晰度的提昇。


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