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干货:IPC(网络摄像机)参数解读及选型指南

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安防系统的重点在监控,监控的未来在网络视频监控,网络视频监控的核心硬件是网络摄像机(IPC)。未来,前端IPC接入网络,后端部署云架构,用户通过远程视频终端进行浏览查看,架构非常简单,系统将逐步扁平化,因此IPC作为核心硬件,其地位尤其重要。不论对于厂商、工程商还是用户,设计、销售还是工程技术人员,了解IPC的关键参数、含义及如何进行选型,非常重要。

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IPC的简单的参数说明:

压缩率: 通常用编码的量化参数(QP或DFR值)表示,数字越大,压缩越狠,图像质量越差当然码流越低。厂商常将后台QP值用Low/Mid/High对应显示。

分辨率: 常见如4CIF,720P,130万,1080P,300万/500万/1000万像素等

PPF(像素密度): 不同的PPF水平实现不同监视目的,比如10PPF可以区分出人或车辆;50PPF可以识别更多细节,100PPF可以进行清晰的人脸或者车牌识别……

视场的水平范围: 目标视场(摄像机成像后覆盖的范围)的定义很重要,他决定摄像机的PPF值的计算&选择及镜头焦距的选择。

摄像机距离监视目标的距离: 用来进行镜头焦距参数选择

低照度: 用来表征摄像机在多“黑”的环境下依然能够清晰成像,但是由于标准不统一,存在虚标现象。目前行业主流IPC产品通常在0.0x的水平。

曝光设定:参数范围1s到1/10000,常规设定建议在1/30以避免出现运动目标的拖影现象,再长的曝光值意味着要忍受明显拖影,但画面会稍亮。

宽动态:主要针对监控场景内目标主体与背景光线反差较大的应用情况,需要注意宽动态有不同的技术实现方式,导致效果差别较大、成本差异较大。

帧率:选择范围通常1-30,最大可60,如果没有特殊要求,在安防行业5-15帧即可,多了也是浪费。高帧率通常用于赌场或工业等特殊监控需求场所。

音频:音频通常包括麦克风和广播,如果真的有音频需求,建议选择全双工模式,并且需要确认是否后台CMS软件支持双向音频功能。

室外防护等级:室外有防尘、防水(IP等级)、防爆及宽温等指标要求

压缩方式:H.264, MPEG-4, MJPEG; 目前主流 H.264方式

多码流:常见单码流、双码流、多码流,不同码流可不同参数设定

码流模式:通常分为固定码流(CBR)及可变码流(VBR)

录像模式:通常分为连续录像模式及移动侦测触发录像模式

板载录像容量:32GB, 64GB, 128GB 等,目前主流SD卡,品牌如 SanDisk

VMS兼容性:需要明确IPC兼容的VMS品牌,或者具体符合的ONVIF标准

电源供应:目前电源供应有PoE及常规低压,注意很多新摄像机仅仅支持PoE.

自动聚焦:分为自动后焦调整(Auto Back Focus)及自动聚焦( Auto Focus)

光圈类型:分为手动光圈、自动光圈、P光圈三种

镜头类型:固定焦距及可变焦距,普通常规室内监控应用通常4-9mm焦距镜头较多,10-50mm镜头用于距离稍远的场景应用

PTZOptical Zoom: 通常范围2倍到40倍,室内一般10倍,室外25倍以上

IPC的设计及选型指南:

了解IP摄像机的参数及细节,无论对厂商还是用户人员,都很有必要。尤其在项目招标及投标中,当彻底了解参数细节情况后,可以很容易能看出其他厂家标注或设计的参数门槛或者参数陷阱,做到心里有数。

避免含糊不清的参数:

经常遇到设备参数需求“含糊不清”,比如,要求“高分辨率低照度摄像机”,此类参数要求通常会导致很多问题,但是却屡见不鲜,原因无非是需求方对技术不了解或者比较懒惰。显然,供应商会提供最低成本的设备给用户,因为显然用户并不关心具体参数,而此时设备的报价将会在投标中起主导作用。

避免作茧自缚的参数:

IP摄像机不像PC那样,可以定制化,比如,你不能想当然地声称选购一个500万像素,60帧、30倍光学变焦、IP68、低照度0.001lux的枪式摄像机。但是,在项目招标采购过程中,经常遇到如此“拍脑袋”拼凑出来的设备参数,求其原因,通常是用户东拼西凑的设备参数,其实各项指标凑到一起,市场上可能根本找不到能够响应的设备,投标商要么看出破绽不予响应,要么费尽周折寻找设备。

避免借别人的参数:

招标方或者用户可能会直接从厂商或者其他项目借方案及需求书过来,结果导致投标者的困惑。通常,某个厂商或项目的方案书自然会列出该项目或厂商特定设备的个性化或者独有的参数,而这通常是其他厂商根本无法响应的。必比如AXIS的觅光者技术(Lightfinder)或者松下的宽动态(SuperDynamic II),很多人以为这些是工业标准,其实只是厂家自己定义的特性功能或者专有名称而已。

进行实验性测试:

在项目规划及设计阶段,用户经常被厂商的销售&售前支持人员利用精美PPT喷的天花乱坠,而一旦项目实施,发现系统呈现的效果根本不是当初设计的那回事,因此,搭环境进行实际测试很必要。目前,IP系统日趋简单,不同厂商的IP摄像机拿到现场模拟实际环境进行测试,效果一目了然,非常简单但很有必要。

IPC的详细参数说明:

摄像机的低照度:

低照度的要求越来越普遍,而目前表征摄像机照度的就是Lux值,实际上,单单的Lux值比较已经意义不大,因为还有其他参数制衡作用,另外,厂商对Lux的标注目前看很多都是随心所欲,或者调整其他参数得到的“优化值”。

目前,安防行业人员利用Lux值表征摄像机低照度。招投标文件也是以此为唯一的参考,一刀切模式来进行摄像机的甄选或者入围,其实弊端很大:

很多厂商的标称是虚假的毫无意义的

很多厂商标注0.001lux的低照度性能甚至更低,0.001lux?太“黑”了。实际上,绝大多数常规摄像机在如此真实环境都很难成像,或者是漆黑一片无意义。

该参数没有标准流程约束

各个厂商标称值是通过该厂商自己的标准和流程测试出来的,整个行业没用通用或者强制性的流程、工具,因此,不同厂商之间没有可比性,造成厂商虚标。

没有相应地说明图像质量如何

在最低照度下,没有相应的成像标准来参考,也就难怪不同厂商虚标泛滥。你的0.1lux,我的0.01lux,你管我图像质量呢,反正没人提这事。

没有相应地说明摄像机其他参数设定值

很多厂商采用“技巧”模式来标称低照度值,就是调整快门(shutter)速度,众所周知摄像机曝光因素有快门及光圈大小,采用超低快门将增加曝光使摄像机在较低照度下能够成像(当然,画面中快速移动目标将出现鬼影)。

红外灯配置摄像机:

目前摄像机配置主动红外灯变得越来越普遍且实际,尤其是短距离夜视应用,在黑白模式可被接受时通常是很好的选择,需要注意如下事项:

请不要指定红外灯的数量,12颗或者24颗并无实际意义。实际上,红外(LED)灯有不同等级,便宜的消费级别的红外灯需要较多数量,而要达到相同效果,专业的LED则需要相对少的颗数。无需指定红外灯的有效距离,实际上,目前大多厂商对红外灯有效距离都是续标,通常可以打一半折扣,可以实际测量一下有效距离。

WDR参数设定:

WDR即宽动态功能,主要应用于主体及背景光线对比差别较大场景比如楼宇大堂。利用DB值标称宽动态意义不大,如同利用Lux标称低照度性能一样。真正的宽动态是“多次曝光技术”支撑的,不要相信所谓电子或者数字宽动态。当然,宽动态与背景光补偿(BLC)也是两回事,虽然两者功能确实有类似。

分辨率的选择:

分辨率的选择需要基于现场监控范围大小,盲目选择高分辨率毫无意义,除了成本因素外,较低分辨率摄像机通常在夜视方面更有优势。

1080P摄像机比720P摄像机能够提供更多有用的细节,1080P摄像机具有更大的FOV(视场),其他方面,其与720P摄像机差别不大。300万像素摄像机提高了垂直方向覆盖范围,因为4:3比例的300万像素摄像机相比16:9的1080P摄像机,垂直方向增加了500+像素单位。500万像素是个飞跃,除了像素增加之外,带来很多副作用,比如帧率可能降低,可能没有WDR功能、低照度表现不佳等等诸多限制。

目前看,如果不确定,1080P摄像机是比较稳妥的选择。另外,需要引入PPF来针对具体项目需求进行设计规划以达到用户需求。

PPF(像素密度概念)

像素密度的概念在安天下微信号(sas123cn)有文字介绍及视频短片解说。PPF逐渐成为高清IP摄像机选型的重要参考,当然,前提是现场光照正常、视频压缩比正常。行业目前总结出PPF在不同应用的参考经验如下:

很难探测(Detect)到一个人: < 8 pixels/英尺能够大概识别一个人(年龄、性别): 5 - 12 pixelss/英尺相对容易识别一个人 (头发、服饰等): 15 - 24 pixels s/英尺模糊的脸 (如果你认识那个人,则可以认出来): 25 - 50 s/英尺清楚的脸 (针对陌生人): 50 - 80 pixels s/英尺电视标准的图像质量 (跟电视一样效果): 80+ pixels s/英尺

如上图,PPF在80的数量水平,能够很清晰识别一个人脸,及车牌识别。关于PPF的具体概念,可参看安天下往期推出的视频讲座。需要注意的是,虽然PPF用来进行摄像机规划很有意义,但并非唯一决定因素。

摄像机主要监视目标

定义摄像机的主要监视目标在选择摄像机时很有意义,所谓主要监视目标,如同进行摄影时,进行构图一样,需要了解画面Cover的范围,及画面的主体内容,通俗地讲,要知道“摄像机用来看啥”,看停车场、柜台、ATM机、出入口等等。同一画面中不同目标物在摄像机的成像效果会与目标距离有很大关系,即距离摄像机近的目标自然比远的目标具有更多画面细节。因此,尽早规划、定义摄像机场景中的监视目标并重点规划摄像机规格及安装位置与角度很重要。

场景的水平范围

像素密度(PPF)不是系统设计的充分条件,要进行摄像机的选型,还需要明确被监控的目标场景(FoV)的水平范围(Width)。举例说,用户需要系统能够达到50PPF的水平,但是没有明确实际现场具体水平范围,那么,如果现场3米宽,那么标清的摄像机即满足要求,而如果5米宽,则标准摄像机可能无法达到像素密度要求。出现此问题原因在于系统设计时,前提条件不充分。

存储周期陷阱

用户、包括一些监管机构,对存储周期的要求是不明确的,通常简单提出“30天、3个月”等纯粹的数字。如此的描述或者要求,实际上为用户或集成商提供了很大的“灵活性”。为了保证30天或者三个月的存储周期,可以在图像质量、编码参数、帧率、分辨率等方面进行调整,即使720P摄像机,硬件参数达标,可以设置较低分辨率、较低帧率及码流进行存储,存储周期大大增加。

需要注意,为了提升存储周期,即使在分辨率及帧率维持不变前提下,如果调整编码参数(有的厂商称之为图像质量,高/中/低;有的厂商称之为压缩参数,从1-100,数值越高压缩率越高,质量降低),那么显然PPF是受影响的。

如下图,容易分辨哪个图像质量好,但是实际上,两幅图片来自同一摄像机、相同编码压缩方式、分辨率、帧率、唯一不同的是编码参数(QP值)。

帧率设定(Frame/Second)

帧率设定是视频监控系统最常见设置,目前帧率设定值尚有不同的观点,有的观点认为帧率值“够用即可,不必浪费”,有的观点认为帧率应该是“全帧率”的,以免漏掉信息。实际上,帧率设定基本原则就是:法律或者行业有强制约定的当然严格执行;画面中有快速移动情景(现金操作、卡牌等),如果不能达到30帧则至少要15帧以上;否则,通常的安防用视频监控,5-10帧足矣。

关于帧率的深入解释及与快门、存储关系,可参看安天下(微信号sas123cn)历史文章推出的视频短片解说。

编码方式(CODEC)

目前编码方式没有多少选择,主流H.264,间杂MJPEG及MPEG-4,MxPEG是MOBOTIX公司私有编码格式,类似MPEG-4,JPEG2000为Avigilon采用。

即使相同的编码方式,比如H.264,也有不同的参数(Level/Profiles)。

利用AVInaptic andVLC工具,分析视频编码压缩量化(Quantization),可以用来打开AVI及MPEG文件,观察编码压缩的多项参数,如码流,帧率,总帧数,非常直观,另外,可以显示量化值及帧大小,下图显示AVInaptic界面。

摄像机距离监视目标的距离:

摄像机到监视目标物的距离经常被忽略,但是,这个与镜头焦距选择关系密切。如果目标距离摄像机3~5米,那么大多摄像机可以满足此要求,如果距离更远,则需要针对焦距进行选择,比如,墙面安装的摄像机需要监视20米远人的人脸识别。需要注意,部分摄像机,比如半球摄像机,可能无法满足此要求。

镜头类型Lens Type

通常,用户对镜头选择不需要考虑太多参数,主要关注镜头的焦距(固定)及镜头焦距范围(可变)。当然,目标距离摄像机越远,镜头焦距需要越长。镜头的选择有软件参考,可以基于现场条件及摄像机具体参数,生成具体需求。

光圈类型:

光圈类型有三种:手动光圈、自动光圈及P光圈。手动光圈,需要在初次安装时进行调整并锁死;自动光圈则可以自行调整;P光圈与自动光圈类似,但是可以提供更好的增益控制(Gain Control)。通常情况下,可根据现场光照情况进行选择,但是需要注意,一旦选择了P光圈镜头,则摄像机选型受限制。

自动聚焦功能:

大多数摄像机需要手动聚焦,此工作通常在初始安装时一次性完成。然而,摄像机工作一段时间后可能因为碰撞、震动、温度变换及日夜模式切换等原因出现脱焦或者虚焦现象。越来越多的摄像机内置了自动聚焦的按钮或者支持通过网络界面远程操作,这样的好处是降低了现场进行调焦的成本。有两类自动聚焦模式,一个是自动聚焦(AutoFocus)一个是自动后焦调整(AutoBack Focus),两者效果一样但是过程不同,AutoFocus是镜头调整位置而Auto Back Focus是镜头的位置不同而传感器(Imager)的位置调整,两者可谓殊途同归。

音频功能:

通常,IPC的厂家提供4种音频功能,但拾音、单广播、半双工及全双工音频,半双工音频模式像对讲机(常见如摩托罗拉),全双工音频如我们常见的电话通话模式。所以,需要根据具体情况,了解IPC的音频支持特性。需要注意,目前安防监控行业,音频的使用率不足5%,因此,绝大多数音频功能是没用的,而IPC的音频支持实则增加了成本,如无必要,可考虑选择不支持音频的IPC.另外,部分国家的法律法规是限制音频采集监听监控的,需要事前调研了解。

室外等级:

大多数摄像机会标注室内应用或者室外应用,但是这对于室外摄像机还远远不够,至少还应该表明IP防护等级及温度范围。从专业及严格角度讲,室外应用的摄像机,最小IP防护等级应该在IP66,另外,温度范围也很重要,可以保证在室外极高或极低温度下,IPC依然能够很好地工作。

多码流功能:

通常情况下,IPC发送一个视频流给VMS, 但是,比较高级的VMS支持多个视频流同时从一个IPC发到VMS, 此种情况通常发生在客户端需要实时浏览多个与存储画质不同的视频流,或者后端有视频分析部署。但是,并非所有IPC支持同时并发多个码流,因此,如果后端有多码流需求,需要了解IPC是否能够支持。

码流模式:

两个基本的码流类型是VBR(Variable Bit Rate)及CBR(ConstantBit Rate). 这两项参数在选择IPC时通常很少涉及但是关乎系统的设计。CBR通常用于低带宽或者带宽不稳定环境(如无线网络),而VBR模式对于存储的高效利用很有用。

录像模式:

两个比较常见的录像模式是连续录像机移动侦测录像,用户通常基于实际情况,为不同摄像机进行分组,设置不同的路项目模式,比如重要场所连续24小时录像,非重要区域采用移动侦测触发录像。录像模式不影响摄像机的选择但影响存储的使用。还有一种录像方式是平时连续录像但是录像质量较低(低帧率、分辨率),一旦移动侦测触发,则切换到高质量录像模式下,注意VMS平台支持否。

板载存储卡(边缘存储)

摄像机内置存储变得越来越普遍,这是传统的后台集中存储不同模式,是集中存储的有力冗余补充(网络或者后台NVR/存储宕机等情况),注意很多IP摄像机本身并不支持本地存储,一些厂商只是预留硬件接口,或者需要收费。板载存储需要注意存储卡类型(SDHC,SDXC,MicroHD等)、最大容量(32G/64G…)及读写速度等参数。另外一个重要方面,需要了解后台软件CMS对存储卡的支持,有的IP摄像机本地插入存储卡后,只能通过Web方式访问存储卡视频文件。需要明确后台软件CMS能够集成、管理IP摄像机配套的视频存储卡。

VMS平台的兼容性:

如果已经有建设完成的WMS系统,那么通常,VMS厂商会列出其所支持的IPC列表;如果还没选择WMS系统,则需要注意一些兼容性问题。通常,支持ONVIF Profile S标准的平台一般算是比较开放并且广泛兼容的

IPC的电源:

IPC的电源分为POE供电及传统低压供电,通常,PoE供电日趋主流。需要注意,部分传统的、较早的IPC是不支持PoE供电的;同样,部分新款的IPC是不支持传统的低压供电的。因此需要设计之初考虑,包括额外的线缆或者交换机需要支持PoE等。HpoE的目的是用来针对大功率的IPC,比如带PTZ功能的IPC.

PTZ 光学变焦

通常,在考察PTZ摄像“能看多远”时要考察摄像机的光学变焦范围,通常,光学变焦的两个考量指标是最大焦距及摄像机的分辨率。目前,IP摄像机的变焦范围通常是3倍~40倍,并主要分以下三档:

12倍以下:价格便宜,范围有限12倍~22倍:中档变焦,通常室内使用22倍以上:长范围变焦,通常室外使用、价格较贵

如果用户需要PTZ摄像机看很远目标,则最好制定镜头最大焦距而不是“变焦倍数”,比如,同样是36倍光学变焦摄像机,靶面尺寸及分辨率不变情况下,一个是3.5mm~125mm,一个是4mm~144mm,显然后者可以“看得更远”。

另外,光学变焦范围比较时,摄像机需要具有相同的分辨率,提升摄像机分辨率与提升光学变焦倍数效果差不多,都可以“看得更远”。需要注意,百万高清摄像机的镜头的光学变倍范围通常小于标清摄像机的镜头变倍数(镜头工艺问题),但是由于分辨率高,虽然变倍低,但是可能可以看得更远。

忽略数字变焦/总体变焦

可以说,光学变焦对摄像机拉近拉远影响较大,不幸的是很多厂商把光学变焦及数字变焦混合一谈,让数据看起来更好看。比如,一个厂商宣传自己摄像机有216倍总体变焦,其中18倍光学12倍数字,如此案例,可以忽略数字变焦,因为其仅仅是放大图片,且各个摄像机厂商都差不多一样的变倍数。

PTZ的水平旋转角度

PAN的范围定义了水平方向(从左到右)摄像机可移动范围,移动范围是圆形的并且可能是从0°到360°,360°对摄像机来说是很重要的角度,摄像机可以无障碍的跟踪活动的目标,否则,操作人员需要手动复位摄像机角度再重新跟踪,非常不方便并影响跟踪效果。对于空旷及大范围跟踪需求的监控,360°很重要。

PTZ的倾斜角度范围

Tilt的范围定义了垂直方向(从上到下)摄像机可移动范围,通常从0°到220°。通常,需要考核Tilt范围是否大于180°,如果小于180°,那么操作者可能很尴尬地需要进行手动复位操作,比如当一个人经过一个摄像机,而头顶上方的摄像机需要对目标-人进行持续跟踪的时候(因为摄像机无法旋转到另外一侧)。

全景摄像机

全景摄像机近年来快速发展,部分情况取代了PTZ摄像机及多个固定摄像机。相对于多个固定摄像机,全景摄像机节省了数量,并且合成到一个画面便于观察;相对于PTZ摄像机拉近拉远且不能全面照顾场景,全景始终如一的全面覆盖。但是全景摄像机的局限是画面变形,并且针对某个目标,无法拉近及清晰呈现。

责任编辑:让宝宝自然成长