转：Starvis星光全彩摄像机技术

Starvis星光全彩摄像机技术

随着sensor传感器技术的发展，安防摄像机的低照性能大大增强。黑暗的环境里，借助微弱的光线，甚至星光，摄像机仍能拍摄出清晰彩色的监控画面。海康有全彩系列（ColorVu Series）摄像机，大华、宇视等都有推出全彩摄像机。安防视频监控进入星光全彩时代。

相较于传统红外夜视，星光全彩摄像机的优点有：

图像彩色，比红外黑白图像呈现的内容更多。实时监看，事后调查取证能获取的信息更多；不需要额外的红外灯，没有光污染，隐蔽性更好；没有额外的补光灯，晚上功率相对更小，更有利于POE供电，同时发热量更小，摄像机，系统更稳定可靠；不会有红外过曝，手电筒效应等传统红外摄像机的缺陷，看得更清楚。一些特殊场景应用。比如晚上停车场，车头灯开启以后，红外摄像机可能完全看不清车牌和车头的情况。全彩摄像机完美解决了这个难题，车牌和车头清晰可见。

在探讨星光全彩技术之前，我们先来了解几个基本概念。

照度

照度（英语：Illuminance）是每单位面积所接收到的光通量。单位是勒克斯（lx=lux）。

1根蜡烛照射1m2面积，所呈现的亮度大约就是1lux。

下表是一些常见场景的照度值

当然以上照度值只是一个参考值，没有那么精确。同样的在视频监控领域，什么照度的摄像机算星光级的，也没有太明确的标准，后面会具体讲到。一般的，摄像机的感光性能主要取决于镜头和图像传感器，指定的lux值越低，摄像机的感光性更好。

一般厂家会指定摄像机生成可接受图像所需的最低照度水平。尽管此类规格对同一厂家生产的摄像机进行感光性对比有帮助，但对比较不同厂家的摄像机则没那么有用。这是因为不同的厂家采用的测量方法不尽相同，而且对生成可接受的图像也会有不同的标准。

Starvis

星光级摄像机的概念在安防里一直都有，但是比较专业系统的命名应该是源于SONY。

SONY给自家的某些低照性能优秀的背照式CMOS sensor命名为starvis系列。这应该是星光全彩摄像机命名的源头。

对于Starvis，Sony官方解释是visibility under thestarlight，意思就是星光下可见。当然行业里有解释成starvision。starvis这个标志Sony是有注册认证的，没有经过授权一般不允许自由使用。所以很多厂家另外命名，比如上面提到的海康的colorVU，大华的Full-color，宇视的LightHunter，安讯士的Lightfinder。

关于Starvis技术，Sony是这样定义的: STARVIS是监控摄像机用途CMOS影像传感器用的背照式像素技术，具有每1µm22000mV或以上(彩色规格产品、706cd/m2光源成像时、F5.6、1s积累当量) 的感光度。

这种技术主要应用于背照式CMOS sensor上，因为能从sensor硅衬底的背面接收光线，增加了进光量和减少了光损失，提高了灵敏度。

每1µm2面积sensor上的感光度能达到2000mV及以上的都被称为starvis sensor。那如何衡量不同starvis sensor的性能差异呢？Sony又提出了SNR1s概念。

SNR1s

索尼采用SNR1s，作为用于监控摄像机的CMOS影像传感器的低照度画质的定量评价的指标之一。

SNR1s是索尼独自提倡的新指标，仅限于监控摄像机用途的CMOS影像传感器。该数值越小，表明在低照度下的画质越出色。

SNR1s的SNR为”信噪比”，1是”噪声为1时的信号量为1″，此外，s表示”监控用途”。

SNR1s规定的测量条件

SNR1s测量方法

从两个方向用3200[K]的光源照射18%灰色图并调节到100[lx]，将摄像机放置在影像传感器的成像表面距离该灰色图1m远的位置，测量感光度[e-]以及暗噪声[e-]，通过关系式计算出SNR1s [lx]。

SNR=G[−e]ShotNoise[−e]2+DarkNoise[−e]2=G[−e]G[−e]+DarkNoise[−e]2

当这个方程式的数值为1时，对应的照度就是SNR1s[lx]。

Sony一些常见sensor的SNR1s值

影响摄像机低照度的四大因素

图像传感器的感光性能是决定摄像机低照效果的核心因素之一，除了上面介绍的Sony的Starvis系列CMOS背照式传感器，国内厂家也推出了一些感光性能较好的sensor，总体性能与Sony差距还是比较大，但性价比高（便宜），而且符合目前国内芯片产业自主可控的理念，所以市场占有率还是很高，未来可期！大光圈镜头

光圈越大，透过镜头摄入到sensor上面的光量就越多，只能效果就越好。

全级光圈值中相邻两个光圈数的平方比为1:2，因此，相邻两个光圈值的镜头照度相差一倍。也就是说F1.0光圈镜头的进光量是F1.4镜头的2倍。详细的可以参见安防摄像机里的镜头一文。

另外需要注意的是镜头光圈越大，会导致景深越小。处理芯片

视频编码芯片中的ISP的降噪，自动增益能力会影响最后的成像效果。低照度增强等算法

当所有硬件性能都一样时，最后决定产品低照性能好坏的就是各厂家的算法，优化能力了。比如通过一定的AI算法，将输入的不完整的信息进行恢复。有些甚至采用双sensor模式，一个黑白的能提供更多细节，一个彩色的提供色彩。然后将两幅图进行合成，从而增强摄像机低照能力。

另外补充一下

1:IMX485 是1/1.2靶面 4k像素 SNR1s值是0.18，目前来看IMX482的0.07是列表里微光效果最好的，当然像素只有1080p

2:夜视效果最好的是IMX324，但是好像没有批量量产，只有提到过在索尼的概念车上应用，次好的应该是IMX224， IMX290这种就不用跟224比了，定位完全不一样的产品。

3:307夜视效果和290相当，290比307多个宽动态功能，但这类做夜视视仪都需要补光灯才行。

324和385差不多同尺寸，324是700多万像素，,385是200万像素。324注重的是像素和色彩，385注重的是首先是夜视效果，482面积比324还大一级，单比夜视效果高下立判了吧

附：

索尼推出新型传感器

5月，索尼公布了一系列新的传感器。 看看下面的细节

1. IMX183CLK-J / CQJ-J（1英寸）

主要特点

在12bit模式下支持21.98张/秒的20.48M像素读出

支持全像素全局复位（使用机械快门）

支持4K视频模式（4096H×2160V，10bit模式，59.94帧/秒）

支持各种读出模式，如10bit高速全像素读出，12bit高分辨率读出和垂直任意裁剪

高灵敏度背照式结构，2.4μm单位像素尺寸，在安保摄像机和工业应用的产品中具有成熟的记录

IMX183CLK是2048万像素1英寸传感器，提供用于工业用途的黑白版本。 这种高灵敏度的背照式CMOS图像传感器具全像素全局复位功能，减少果冻效应，可使用全局快门。

IMX183CQJ-J / CLK-J系列配有全局快门功能，可以使用外部触发全局复位内部累积的电荷。 在全像素全局复位之后，通过闪光和机械快门成像，可以对齐所有像素的曝光开始时间，实现与全局快门类似的存储操作。 也可以通过改变垂直同步信号输入周期来调节曝光时间。 （但最小垂直同步信号周期是水平读出周期的18倍）

2. IMX294CJK（4/3型）

4/3型传感器支持120帧/秒的4K输出

主要特点

大尺寸格式（4/3型）

支持120帧/秒的4K输出

高灵敏度（SNR1s = 0.14lx）

高速接口（CSI-2 / SLVS-EC * 2）

支持四重拜耳编码HDR

该传感器的尺寸为4/3型，具有1000万像素分辨率专用于工业用途，4/3型4K传感器可以以120帧/秒（ADC 10bit输出模式）提供4K。 目前没有4/3的消费级相机具备4K @ 120fps的能力。 相机的另一个最大的优点是它采用了四重拜像素结构（见图1），实现了无时差的HDR（高动态范围）功能，达成宽动态范围的视频成像。