近年來,全球影像監控市場規模不斷擴大,加上物聯網、雲端計算、大數據應用等議題日益發燒,產業前景應該是榮景可期。

安全是我們生活中極為重要的一環,然而,如何挑選一個優質的安全監控產品,對於許多有需要的消費者而言,卻是一大考題,因為安控原廠提供的許多規格,看起來玄之又玄,對於產品的實際狀況往往諱莫如深,為了讓消費者在選購上能更快了解各家設備的性能。


監控三大系統 
在選購安全監控產品,必須先了解當前監控系統類別。現階段安全監控系統,可分為傳統類比、類比高清(類比高畫質)和IP部分。類比系統是安控產業最早發展的系統,也是過往市場應用最為廣泛的商品。為了解決類比系統畫素不足缺點,才衍生出了AHD、CVI、TVI等等類比高清系統。而IP系統則是在上述三個類比高清系統還未上市之前,市場上就已推廣的高畫質方案之一。IP系統靠的是網路串流,在不同系統整合度上具有相當大優勢,這也是它與類比系統以及AHD、CVI、TVI系統最大的差異。

攝影機與鏡頭
一套安全監控系統,包括攝影機、鏡頭、錄影主機、螢幕。挑選攝影機時,又可分為幾個部分:攝像晶片、最低照度、訊號雜訊比、白平衡、電子快門、背光補償與寬動態、自動增益功能與2D/3D雜訊抑制功能。

1.攝像元件
首先需要了解的就是圖像感測器(image sensor),又稱攝像元件或攝像晶片。關於攝像晶片來說,它就像是個太陽能板,面積越大,進光量也就越大,夜間照度相對越好。大致在歸類上可分為CCD(電荷耦合元件)和CMOS(互補金屬氧化物半導體),我們都很清楚CMOS具有低耗電、低成本、訊號處理快的優勢,但因為其線路設計太過密集,導致雜訊干擾過大,因此傳統類比攝影機多採用CCD元件,近年來因為CMOS發展降躁技術,讓影像的干擾訊號獲得大量改善,優勢也開始浮現,於是所有系統開始採用CMOS元件,因而讓CMOS成為攝像晶片的主流。

2.圖素
圖素/畫素(pixel)也是監控攝影機常見的規格,圖素是由點狀元素所構成,為影像顯示的基本單位,點的結構越密集影像畫質越細膩。類比系統一般在談論圖素,指的是攝像晶片的影像總圖素,而IP系統所談的圖素,指的是攝影機網路最大串流輸出,因為圖素是由水平單行點數乘以垂直單行點數所得出的數值。在同樣技術與環境下,圖素越高的影像,所呈現出來的視覺品質越好。

過往CCD是採交織掃描的圖素呈現方式,也就是先掃描奇數行,再掃描偶數行,所以水平線的呈像會有許多鋸齒狀,而CMOS則是採用逐行掃描的圖素呈現方式,也就是依順序掃描,因此就避免了水平線的鋸齒現象。

雖然現行監控都競相朝越來越高清發展,不過,除非是高端應用市場,需要使用到數位放大功能,否則百萬圖素其實已能應付許多需求。另外必須提醒的是,高畫質影像必須搭配合適的解析度監看螢幕,否則螢幕解析度不夠,是無法達到預想的監看效果。

3.最低照度
最低照度是攝影機常見的規格,常見的LUX代表的是一流明光束照射於一平方公尺面積的照度,而1LUX=10FC,FC代表的則是一流明光束照射於一平方呎面積上可獲得一呎燭光的照度。

通常照度越低代表夜間呈像越好,但是必須注意,一般我們所看到的攝影機照度寫法,還會搭配鏡頭透光比F,例如: 001 LUX/F1.2或001 LUX/F1.6,這代表這個低照效果是在特定透光比的鏡頭達到的。鏡頭透光比越低,代表鏡頭透光量折損越少。如果我們用日常百貨公司打折方式來舉例,相信對大家來說更能理解,以F1.2透光比來說,代表的是本來是100元的1燭光進來,但因為打了8折,所以只需付8折的錢,結果就20%的進光量消失;以此類推,F1.6就是60%消失,所以鏡頭透光比越低代表鏡頭進光量越好。假設兩支攝影機照度效果相同,但是一個是搭配低透光比,也就是一個進光量較好的鏡頭才達成,另一個則是搭配高透光比,也就是一個進光量較差的鏡頭就能達成,那我們可以說搭配高透光比的鏡頭攝影機,在低照呈像能力是比較優異。這在許多同業看低照性能時,一般都會忽略其重要性。

4.訊號雜訊比
在攝影機的挑選上,訊號雜訊比也很重要,它的數值越高代表抗雜訊能力越好,但我們如何實測它的好壞呢?此時須先提到自動增益控制(AGC,Auto Gain Control)。這個功能主要是針對照度不足的環境下所設計,當現場環境亮度不夠時,AGC會自動啟動使影像信號放大,此時使用者便可發現畫面變亮。然而當影像信號放大同時,雜訊也會跟著放大,所以在實測信號雜訊比時,必須先關閉自動增益功能。那麼該如何開始實測呢?首先準備燈光亮度調節器,將攝影機設定在全彩狀態,當燈光調節器漸漸關閉,此時最先出現畫面雜訊躁點的攝影機,就是訊號雜訊比過低的情形,這也是最簡單評比攝影機訊號雜訊比優劣的方式。

5.白平衡
「白平衡」是關於攝影機色澤的重要概念。白平衡就是將白色光線平衡回來,讓顏色看起來不失真、不偏黃或偏紅與偏藍的意思,處理白平衡的種類上可分成自動白平衡(AWB)和自動色溫追蹤白平衡(ATW)。一般講自動白平衡(AWB,Auto White Balance),是自動以白色為基礎,把這個白色調到不失真,其他的顏色就差不多準了。但是,它有個缺點,在日出與日落時,因為環境光源變化差異過大,會造成色溫判斷錯誤而失真,必須等待下次日出或日落才有機會調回正常色溫。而自動色溫追蹤白平衡(ATW)則是採用D.S.P數位處理技術,能依據被照物體上的光源變化,自動追蹤色溫,因為它的色溫是D.S.P裡面的色溫範圍,萬一低於或高於它,顏色就會無法真實呈現。綜上所述,兩種白平衡各有其優缺點,只是現在各廠商預設值大都使用ATW。

6.光圈與電子快門
談到攝影機,就會講到鏡頭。鏡頭又可分為固定光圈、手調光圈和自動光圈,焦距部分則可分為定焦、手動變焦和電動變焦三種。

固定光圈指的是不管現場光線強弱,只將光圈固定在固定進光量的方式;手調光圈即指依現場環境手動調整光圈大小;自動光圈則指不管光線如何變化,都能自動調整至適合亮度。自動光圈又分為控制驅動設置於鏡頭上的video模式,和設置在攝影機上的DC Driver模式,由於自動光圈製作成本最高,目前僅有車牌辨識系統或需要監視較遠目標的機種採用;手調光圈在環境光源變化上,則必須搭配電子快門,但因成本高過固定光圈,因此目前幾乎消失於市場;所以成本最低的固定光圈搭配電子快門模式就成為目前市場主流。

至於電子快門的做動原理,正是模擬自動光圈鏡頭的光圈,一般只有在攝影機搭配開放式光圈鏡頭時,這個選項才會開啟。但是,電子快門的缺點是會造成類比攝影機所謂的色滾動現象,那需要怎麼去解決呢?首先是關閉電子快門功能,使用自動光圈鏡頭,或是使用電源同步的攝影機,上述這兩個方式就能解決類比攝影機色滾動現象。

除了以上所談攝影機參數之外,攝影機架設在同一個位置,勢必一天當中會有部分時刻是處在逆光的狀態。為此,攝影機便有一個「背光補償」的設定。然而,背光補償的原理是提升整體畫面亮度,反而造成影像中黑的地方變亮,但亮的地方過度曝光的結果。為了解決這個問題,寬動態功能便誕生了。因為背光補償之所以造成上述狀態,是因為只有一個快門在處理亮與暗;而寬動態採用雙快門的技術,一個快門提升亮度,一個快門降低亮度,如此便解決了逆光補償的不足。但是值得注意的是,市面上有所謂的數位寬動態或2D寬動態,這與一般的寬動態不同,只是透過數位方式將畫面調亮,畫面沒有那麼真實,這是必須注意的。

錄影主機
1.NVR與DVR
除了攝影機和鏡頭之外,安全監控系統中很重要的還有錄影主機,目前可分為類比系統的DVR(Digital Video Recorder,數位影像錄影機)和網路架構的NVR(Network Video Recorder,網路影像錄影機)。以目前市場現況來說,DVR仍佔主流,DVR可分為兩大架構:單機型(Stand alone)及電腦型(PC Base)。兩者的差別在於,Stand alone主機多使用在32ch攝影機以下的小門數系統,後者則使用於32ch以上的較大系統。

2.H.264
談到錄影資料的儲存方式,目前最主流的是 H.264壓縮格式原理,主要是由I-Frame與P-Frame所組成。I-Frame是完整的影像圖,P-Frame則是影像變動圖,也就是I-Frame內移動的物體照片,兩者的組成方式,就是讓P-Frame像是貼圖一樣貼上I-Frame。而在兩張完整影像圖中加入變動圖的動作,叫做GOV(Group Of VOPs),這個數值越大,代表變動圖的數目越少;相反則越多。因為P-Frame的數目無法事先預測,所以無法像過去JPEG和M-JPEG格式,依照錄影解析度及張數去計算出硬碟錄影時間,只能以每個原廠自行定義的GOV數值粗估。

3.傳輸量
既然是錄影主機,便一定有傳輸的流量,這個名稱就叫做bit rate位元傳輸率。位元傳輸率就是每秒取樣資料的流量,通常使用者會看到的單位是Mbps或Kbps。取樣傳輸率設定得越高,代表影像呈現的細節越清晰,畫質就會越細膩。而在取樣傳輸率的設定上又分為固定位元速率(CBR,Constant bit rate)以及可變位元速率(VBR,Variable bit rate)。兩者的差別在哪裡呢?固定位元速率,顧名思義,是指無論畫面的變動率如何,傳輸率都固定在某個設定值。它的優點是較容易掌握儲存容量及網路傳輸量,缺點則是如果畫面變動率低,就比較浪費硬碟的儲存容量。相對來說,VBR的設定上就比CBR更為靈活,畫面複雜度高的時候,也能比CBR呈現出更細膩的畫面。

4.錄影主機重要的功能指標
當不同系統需要整合為一台錄影主機的時候,就稱為多模式錄影主機,現在主流大致上可以分為五大系統,分別是:類比、TVI、CVI、AHD和網路。因為多模式錄影主機是跨系統整合,建議在採購的時候,使用者應先看過整合的影像效果,再做選擇,找出最適合自己需求的錄影主機。除了以上的介紹之外,以下幾個錄影主機附加的重點功能,也可作為使用者在選購時的參考:

一、硬碟檔案鎖定:可隨時選擇鎖定任一時段錄影檔案,立即保護資料且不受循環錄影覆蓋功能影響。
二、備份格式選擇:H.264 / AVI / MPEG4。
三、硬碟群組設定 : 可設定硬碟為錄影碟或鏡射碟。
四、錄影群組設定 : 可將攝影機分配至不同硬碟錄影或鏡射。
五、智慧搜尋回放功能 : 可定義搜尋範圍,快速搜尋出此範圍的變動影像。
六、錄影及備份影音同步性
七、ESATA硬碟擴充功能



其他規格
現行的監控影像畫素要求越來越高,相對攝影機需求進光量也越高,但我們要明白一點,由於高畫素晶片運作熱能也隨畫素提升溫度越高,加上夜間紅外線啟動時的熱能影響,對於攝影機壽命來說,散熱功能優劣就成為取決的主要因素。很多同業對散熱概念嚴重不足是一大隱憂,為甚麼呢?因為攝影機內部熱能的散熱設計,是透由主板與鋁合金外殼的連接點散熱至鋁合金外殼外,如果我們觸摸外殼會有熱能感覺,這是一個好的散熱設計,但是同業卻當它是不好的攝影機,反而攝影機內部散熱不良,無法將內部熱能導至外部鋁合金外殼,當作是攝影機效能很好,這樣的錯誤觀念,希望今後大家能夠明白清楚。