閉路電視系統相關

漫談道路閉路電視網路攝影機常見問題與解決方法

  近年來交通道路閉路電視監控已走向高畫質、網路化、雲端儲存管理等趨勢,百萬畫素網路攝影機已成為建置焦點,然而各家攝影機技術規格不斷創新,使用單位正面臨設備選擇的複雜化與多面向的考量。

建置道路閉路電視監控攝影機的目的,在於日夜間拍攝凍結清晰的車牌號碼畫面,因此監控場景的車速條件成為攝影機主要的選擇限制,一般而言,車速與攝影機條件如表一所示。為了協助讀者正確認知道路閉路電視監控攝影機,本文將從系統整合與影像品質等角度,來討論道路監控專用攝影機的選擇要點。

道路監控攝影機常見問題與設計建議

一般而言,道路監控閉路電視攝影機常見的問題,可分為以下7大問題:

1. 水波紋(FLICK)問題

CMOS高畫質感測器在快門速度超過1/200sec以上,因無法處理同步問題,畫面上會產生黑條狀之水波紋而影響畫質(如圖一),並會在畫面上產生緩慢飄移現象,但快門值低於1/200sec以下則不會產生水波紋問題,CCD高畫質感測器就不會有水波紋問題。

設計建議:若車速低於30km/hr,可以採用CMOS攝影機。若車速高於30km/hr,則應採用CCD等級閉路電視攝影機。

2. 夜間低照度噪點問題

百萬畫素感測器多以1/2.8”或1/3”感測器構成,由於感測器面積未放大但畫素密度增加,造成單位畫素進光量低,因此一般而言感度效果較傳統類比CCD差。一般低照度下感測器會啟動自動增益(Auto Gain),等級較差感測器與處理晶片會造成畫面噪點顆粒粗大(如圖二),使得影像銳利度大幅降低,嚴重影響畫質。

設計建議:採用高感度感測器與處理晶片,並實測自動增益是否維持高銳利度。Sony第二代感測器Xeria比前一代Exmor的感度提升許多,建議採用新一代感測器的攝影機,而CCD的低照度效果與自動增益噪點均比CMOS來的較佳。此外,透過足夠的補光燈投射器予以適度補光,也是改善夜間畫質的重要方式。

3. 車速快時畫面拖影問題

若道路監控閉路電視攝影機快門值設定過低,對於高速行駛車輛會無法凍結車牌,產生拖影問題,造成車牌清晰度下降。道路監控攝影機通常在快門值設計在1/250sec(40km/hr)到1/750sec(100km/hr)下,會有較好的凍結效果,但因曝光值低需克服夜間照度不足問題。在感測器方面,CMOS較易發生拖影問題。由於CMOS感測器取像原理為Rolling Shutter,非全域曝光,因此易有拖影問題,但可透過後端晶片補償為全域曝光來改善。而CCD感測器為Global Shutter全域曝光,無畫面拖影問題。

設計建議: 採用全域曝光等級的感測器,並實際道路驗測效果。

4. 攝影機呼吸現象

夜間畫面發生忽明忽暗、色彩偏移等現象,稱為color rolling或呼吸現象,可能發生在燈源密集與亮度高的道路環境,或是不密集且燈源較弱的環境下。呼吸現象易發生於NTSC 110V 60Hz的電力系統,因為NTSC系統下感測器的取樣頻率為59.99Hz,易產生取樣頻差、白平衡計算頻差而造成呼吸現象,若攝影機供電採用DC 12V或PoE供電,就容易發生上述現象。

設計建議:傳統類比CCD閉路電視攝影機設計可採用Line Lock相位鎖定設計,輸入電源AC 24V或110V與燈源供電進行相位同步,如此可消除呼吸現象;或是採用高階後處理晶片消除此一現象。此外,採用高亮度補光設備,攝影機成像以直流光頻率為主,亦可消除呼吸現象。

5. 明暗對比高問題

在逆光、隧道進出口、夜間前車燈照射車牌等場景,畫面產生明暗對比,造成主體過暗問題。

設計建議: 採用寬動態(WDR)範圍較高之閉路電視攝影機,但必須同時兼顧低照度自動增益條件的畫面清晰程度。攝影機WDR效果可分為軟體運算或硬體晶片等不同方式,相較於硬體WDR,軟體運算的WDR效果較低,且畫面凍結清晰度也較低。建議道路幹道攝影機採用硬體式WDR攝影機。

6. 夜間紅色車牌無法成像

我國計程車車牌為紅字白底,遊覽車與重型機車車牌為紅底白字,在紅外線補光下車牌將呈現白化現象,導致無法識別與閱讀(如圖三)。一般車牌辨識系統以照射前車牌為主,補光效果需蓋過車輛大燈才能有效,然而高亮度補光更易造成紅字白化問題。若不補光,對於市郊、快速道路的地段,光線太暗又無法得到有效影像。

設計建議:若採用紅外線投射器,IR LED與感測器等設計須有匹配性,如此可有效降低白化程度產生識別效果,但對於車牌辨識系統準確度提升有限;或可採用色溫在3,000K左右的類白光投射器,畫面影像為彩色模式則無白化問題,但要注意不影響駕駛人視線,應採用通過眩光測試標準的設備,並輔以道路實測驗證。

7. 網路頻寬與解析度

道路監控多為租用有頻寬限制的網路,閉路電視攝影機必須在有限頻寬下提供高辨識度的影像畫質。由於車牌攝影機畫面調整多將整車放大入鏡,以得到較大的車牌圖片畫素。然而在有限頻寬下傳輸,一般simple profile H.264或 MPEG-4演算法對於突然經過的大區塊影像(車輛)會產生瞬間模糊,反而造成靜態影像畫質佳,但動態影像畫質不佳的現象。

設計建議:攝影機應採用高效能Main Profile或High Profile的H.264壓縮晶片,以克服大區塊影像模糊問題, 又可同時兼具較低頻寬、高解析度的優點。

希望透過上述7項設計要點分析, 能協助讀者在案場的使用上,有更好的影像品質呈現。

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