光污染是繼廢氣、廢水、廢渣和噪聲等污染之后的一種新的環(huán)境污染源，正在威脅著人們的健康和生活。在日常生活中，人們常見的光污染的狀況多為由鏡面建筑反光所導(dǎo)致的司機和行人的眩暈感，以及夜晚不合理燈光給人體造成的不適感，所以有些卡口和道路兩邊攝像機補光燈強烈的光照，就屬于光污染其中的一種。　

圖1　蛛網(wǎng)密布

近幾日在街頭閑逛隨手拍了幾張照片，如圖1，由于攝像機補光燈夜間補光，造成蚊蟲飛舞，所以攝像頭下蛛網(wǎng)密布，雖然給蜘蛛俠們提供了豐富可口的食物，但給文明城市創(chuàng)建卻帶來了不大不小的麻煩：清潔工們雖然可以清掃，可是太高一般無法直接清掃，需要專門的梯子和車輛，但這不是他們的工作職責(zé)；攝像機的管理和運維部門由于經(jīng)費捉襟見襯無法顧及，日積月累所以問題就暴露出來了。

同樣一個地段，夏季某天早上7：38分和8：04分二次路過，如圖2，攝像機補光燈常亮未熄。夜間路過此地段時，刺眼的補光燈燈光照射的行人不得不低頭或者側(cè)過身體，來躲避燈光。我在想犯罪分子路過此地段時，看著如此耀眼的燈光，會猜想到是監(jiān)控攝像機補光燈的燈光，可能會選擇繞行或者其它的方式來躲避監(jiān)控，如此強烈的“光污染”早已失去安裝監(jiān)控攝像機的意義！

圖2　補光燈常亮不熄

現(xiàn)階段平安城市建設(shè)內(nèi)容已迅速擴張至平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)、平安社區(qū)項目，監(jiān)控點位的安裝條件和部署環(huán)境逐漸惡劣，為提高監(jiān)控畫面的質(zhì)量，越來越多的點位選擇夜間增加補光燈為攝像機成像作補充，所以就有很多家媒體報道，所在城市卡口和道路兩邊的攝像機補光燈強光閃眼，“光污染”嚴(yán)重。雖然設(shè)備廠商表明補光設(shè)備每次閃光只有1/3000秒，遠低于人每次眨眼需要的0.3-0.4秒時長，對于人眼的**實際上很小，但經(jīng)過強烈燈光“洗禮”的車主和行人也不在少數(shù)，相信有怨言的也并非個別人。其實我們可以在攝像機相關(guān)設(shè)備選型上下些功夫，來解決這些頭痛的問題。

公安部有針對電子警察的部級標(biāo)準(zhǔn)GAT1202-2014《交通技術(shù)監(jiān)控成像補光裝置通用技術(shù)規(guī)范-2014年最新標(biāo)準(zhǔn)》，這個標(biāo)準(zhǔn)的制定給智能交通補光裝置應(yīng)用設(shè)立了一個技術(shù)門檻，既規(guī)范了智能交通補光裝置的應(yīng)用，又方便了補光裝置生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)管理，營造一個良好的市場環(huán)境。標(biāo)準(zhǔn)對補光裝置的光照度設(shè)立了上限與下限，上限是為了防止光污染，不能一味的追求圖片效果而影響到駕駛?cè)思皵_民，而下限是為了保證補光燈的實際補光效果，該標(biāo)準(zhǔn)在光學(xué)性能這一塊規(guī)范了三種形式的補光：

一、頻閃方式補光：在閃光瞬間可持續(xù)以大功率形式輸出，大大提高攝像機曝光期內(nèi)光輸出能量，并通過調(diào)節(jié)閃光長度能夠使發(fā)光與攝像機曝光時間有機結(jié)合起來，實現(xiàn)夜間抓拍與錄像功能，可以認(rèn)為頻閃燈一直亮著的，但其實是一閃一閃的，人肉眼基本上感覺不到。

“標(biāo)準(zhǔn)”中4.3.1頻閃方式補光裝置：補光區(qū)域內(nèi)光照度應(yīng)均勻、無暗區(qū)、無明顯抖動；在距離補光裝置20m處，基準(zhǔn)軸上的峰值光照度應(yīng)小于等于300lx，平均光照度應(yīng)小于等于50lx；在制造商標(biāo)稱的補光區(qū)域內(nèi)，峰值光照度應(yīng)大于等于基準(zhǔn)軸上峰值光照度的50%。

圖3　普通頻閃燈與外置光柵頻閃燈

頻閃燈啟動后，與監(jiān)控攝像機視頻同步，可以實現(xiàn)與視頻流中的每幀曝光都能同步，但因為亮度不夠高，補光效果并不是很好，一般用于視頻檢測或車牌補光。現(xiàn)在有不少廠商，包括?？低?、宇視都有外置光柵的頻閃燈，通過加裝遮光罩，將光束匯聚到車牌區(qū)域，盡可能地減少補光燈對駕駛?cè)诵熊嚢踩斐傻挠绊懸约皩χ苓叚h(huán)境造成的“光污染”，如圖3，左邊為普通頻閃燈，右邊為外置光柵頻閃燈。

二、脈沖方式補光：以往早期用于智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的補光燈，通常是用幾臺幾千瓦的金鹵燈補光，但其功耗大，壽命短，每當(dāng)開車路過都會爆閃一下的那種，對駕駛?cè)藛T會產(chǎn)生嚴(yán)重的眩目感，后來就采用氙氣爆閃燈，也有叫氣體閃光燈。

氙氣爆閃燈發(fā)光原理是“氣體放電發(fā)光”，在一定電壓和觸發(fā)條件下，瞬間使燈管內(nèi)氣體電離，產(chǎn)生高電流的電弧，電弧中產(chǎn)生 4000K--12000K色溫的強勁光芒，亮度比LED頻閃燈高些，可以做到單幀同步曝光，補光效果較好，一般用于抓拍單張圖片，可以比較清晰地監(jiān)測到駕駛室內(nèi)的人臉。

“標(biāo)準(zhǔn)”中4.3.2脈沖方式補光裝置：補光照明區(qū)域內(nèi)光照度應(yīng)均勻、無暗區(qū)；在距離補光裝置20m處，基準(zhǔn)軸上的有效光照度應(yīng)小于等于4000lx，點亮?xí)r間應(yīng)小于等于2ms；在制造商標(biāo)稱的補光區(qū)域內(nèi)，有效光照度應(yīng)大于等于基準(zhǔn)軸上有效光照度的50%。

氙氣爆閃燈雖然滿足了相機夜間補光，也減緩了對駕駛?cè)藛T的眩目感，但它也有以下缺點：（1）、由于電容的充電時間慢，放電快（1秒鐘只能閃3-5次），當(dāng)車流量大的情況下單臺氙氣爆閃燈不能滿足補光，攝像機會有抓拍到部分漆黑的圖像；（2）、質(zhì)量好的氙氣爆閃燈的閃光壽命一般只有300萬次，質(zhì)量較差的不到30萬次，所以氙氣爆閃燈壽命短，車流量大的監(jiān)控點一年內(nèi)要有時要換幾次設(shè)備；（3）、氙氣爆閃燈因為自身原因不能用于錄像，所以氙氣爆閃燈不能用于在基于視頻檢測方式的電子警察或卡口項目。

為了減少“光污染”，很多廠商推出了多種類型的爆閃燈：（1）、爆閃燈（白光型）：適用卡口，抓拍駕駛室的情況；（2）、爆閃燈（防炫目型）：內(nèi)置了光柵，一定程度上減少爆閃對駕駛員炫目影響；（3）、爆閃燈（紅外爆閃燈）：在白天使用優(yōu)質(zhì)偏振片，透過可見光，同時濾除車窗表面產(chǎn)生的偏振光，在夜間使用可見光截止濾片，用來濾除可見光，使紅外光通過。由于曝光的是紅外光，駕駛員無感知。

要注意的是紅外爆閃的紅外光因為光強沒有白光強，夜間抓拍駕駛室沒有問題,但白天因為自然光太強，紅外光壓不下去，最好還是加裝白光爆閃燈，夜間啟動紅外光。白天自然光很強，爆閃光對駕駛員的感知不會太明顯。但是，如果測速卡口必須用白光爆閃，因為測速等違法處罰要求必須是彩色圖片，而紅外爆閃燈抓拍圖片為黑白。

三、持續(xù)點亮方式補光：所謂持續(xù)點亮就是不用連接其它觸發(fā)信號，只要一通電就一直亮或夜間一直亮（加裝光控或者時控電路）的LED補光燈，有時也叫LED常亮方式補光。圖2就是采用持續(xù)點亮方式補光，出現(xiàn)這種情況筆者分析是位于補光燈后面的光敏電阻被蜘蛛網(wǎng)等雜物遮擋（如圖4），所以造成夏季早上8點之后還不關(guān)閉的現(xiàn)象。

圖4

“標(biāo)準(zhǔn)”中4.3.3持續(xù)點亮方式補光裝置：補光照明區(qū)域內(nèi)光照度應(yīng)均勻、無暗區(qū)；在距離補光裝置20m處，基準(zhǔn)軸上的光照度應(yīng)小于等于50lx；在制造商標(biāo)稱的補光區(qū)域內(nèi)，光照度應(yīng)大于等于基準(zhǔn)軸上光照度的50%。

LED常亮補光燈壽命比氙氣爆閃燈長，但亮度不及氙氣爆閃燈和LED頻閃燈，同時工作時的發(fā)熱量比LED頻閃燈大。市面上的LED常亮燈功率一般只有幾十瓦，攝像機感應(yīng)到的光照度也不如LED頻閃燈，特別是為了拍清高速移動的車輛，電子快門調(diào)快后，傳感器的曝光時間縮短，很難達到補光的要求，同時也會對司機產(chǎn)生剌眼的干擾。通俗的講，就是人眼感覺很亮，但是攝像機拍照出來的圖像并不很亮。

其實在很多環(huán)境下可以采用紅外技術(shù)來解決補光問題，紅外線不可見，所以紅外LED補光燈更加隱秘，絕大部分廠商都提供紅外技術(shù)的攝像機，并且產(chǎn)品線較齊全，不過要看清各個廠商采用的第幾代紅外燈技術(shù)，中間有所區(qū)別。LED芯片結(jié)合封裝技術(shù)發(fā)展，紅外燈技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷以下三代：

一、第一代傳統(tǒng)LED（直插式）：單個發(fā)光二極管，采用環(huán)氧樹脂（Epoxy）封裝，受熱易斷裂，芯片尺寸在12mil～16mil之間，封裝尺寸基本為φ5、φ8左右，這是目前使用最普遍的零件，幾乎占有95%以上的市場，但品質(zhì)參差不齊，所以價格差異也大，從人民幣3角到1元不等。但其熱電不分離，光衰大、距離有限，壽命存在局限性，需要增加整個燈的體積和LED個數(shù)。

二、第二代陣列式紅外燈：它集成了多顆小功率LED在一個小范圍內(nèi)，并作了“熱電分離”處理，使得整個零件能置于任意大小、任意形狀的散熱體上，從而解決了散熱問題，同時減少對周邊元器件的熱“貢獻”。又由于使用的封裝材料不斷裂而極大的減少了光衰減，壽命較傳統(tǒng)LED長了5-10倍。但因發(fā)熱量較大，光效用低，亮度不足，成本較高，容易出現(xiàn)聚光偏心現(xiàn)象（發(fā)光點偏離了透鏡的中央），所以并未全面推廣使用。

三、第三代功率型紅外燈：它既有第二代體積小，散熱處理好，壽命長的優(yōu)勢，又解決了因偏心現(xiàn)象而不夠亮的缺點。整個設(shè)備做得較緊湊，紅外燈內(nèi)置所以隱蔽性較好，表面一次透鏡采用硅膠，且封裝方向從平面向朗伯體發(fā)展，利于出光。第三代點陣式紅外燈的價格接近或低于傳統(tǒng)LED，逐漸在主流廠家新品中體現(xiàn)。

除了在紅外燈上面做文章外，很多廠商在攝像機設(shè)備的材質(zhì)下功夫，例如宇視公司部分?jǐn)z像機紅外視窗采用特殊紅黑高透材質(zhì)，透過率達到93%，高于普通玻璃透過率（約85%），同等功耗下補光效率更高。同時該材料對可見光截止，可有效濾除紅外燈中的可見光部分，減輕紅爆現(xiàn)象，降低夜間昆蟲趨光現(xiàn)象。?？低曅陆Y(jié)構(gòu)點陣紅外筒機采用紅外增透面板，比普通玻璃的紅外透光率高10%左右，紅外照射距離更遠，同時無紅暴紅外技術(shù)，集成了兩種先進手段：“LED薄膜發(fā)光技術(shù)”將發(fā)光波段控制在940nm以上，發(fā)光效果更高利用，“紅光吸收技術(shù)”大幅度降低了光譜中紅光的比例，實現(xiàn)真正的無紅暴補光，無紅暴效果提升30%以上。

根據(jù)公安機關(guān)權(quán)威統(tǒng)計的數(shù)據(jù)統(tǒng)計：接近70%的犯罪都是在夜間發(fā)生，從晚上7點到次日凌晨5點是犯罪事件的高發(fā)期，黑夜成了罪犯的天然保護傘，從另外一個角度也反映出了現(xiàn)有監(jiān)控攝像機夜視效果堪憂的問題，不僅降低了破案效率，同時也弱化夜間視頻監(jiān)控了對犯罪分子的威懾作用。采用傳統(tǒng)補光燈補光技術(shù)難免會形成“光污染”，傳統(tǒng)的紅外補光技術(shù)雖然能在低照度下獲得清晰的成像，但會失去色彩,只能形成黑白圖像，而且通過紅外補光車牌這類高反光的物體很容易過曝，而衣著顏色、車身顏色、車牌等又往往都是破案的關(guān)鍵線索，丟失不得，所以低照度下的清晰彩色成像需求越來越多，星光級低照成像技術(shù)開始發(fā)展，并逐步成熟，越來越多的廠商都推出了各種款型的高清星光級攝像機。　

圖5　普通與星光級攝像機低照效果

如圖5對比所示，這是在路燈未開啟的園區(qū)內(nèi)，夜晚同一時間普通相機與星光級低照相機的效果對比。普通相機在強制彩色后獲得的圖像只能隱約看到樹木、道路、建筑的輪廓，整體環(huán)境一片漆黑，已經(jīng)失去了監(jiān)控的作用;而宇視這款星光級低照攝像機對于道路、建筑物、甚至遠處車輛的細節(jié)都能還原得非常清晰，而且整體畫面沒有明顯的噪點，低照下的彩色效果表現(xiàn)優(yōu)秀。

其實星光級攝像機在結(jié)構(gòu)上與普通攝像機完全一致，其效果差異主要來自于底層硬件性能的提升和圖像調(diào)校算法的進一步優(yōu)化，主要體現(xiàn)在以下三個方面： 　　一、傳感器技術(shù)的改變：目前主流的攝像機都采用CMOS傳感器，雖然在剛起步時兩種傳感器結(jié)構(gòu)及工作機理的不同，CMOS在低照下的成像效果確實不如CCD，但隨著背照式CMOS的推出，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了調(diào)整，光線通過透鏡后能直接到達感光層，使靈敏度有了質(zhì)的飛躍，而傳感器靈敏度正是攝像機在微弱環(huán)境光中依然能獲得清晰彩色圖像的最大保障。

二、鏡頭的影響：鏡頭最大光圈值是其中很重要的一個因素，光圈越大進光量越大，進而彩色效果越好，反之則效果越差，但鏡頭光圈越大，景深卻越淺，即場景中聚焦清晰的范圍越小，所以鏡頭光圈值也需要根據(jù)實際場景調(diào)節(jié)，不能為了進光量一味的增大光圈。與此相關(guān)的另一個因素是攝像機慢快門，當(dāng)快門越慢，進光量越大，畫面亮度提高，但相對的運動物體的拖影也越嚴(yán)重，所以快門值也是把雙刃劍，需要根據(jù)具體應(yīng)用場景設(shè)置相應(yīng)的值。

三、與ISP (Image Signal Processing圖像信號處理)的處理效果相關(guān)：降噪處理是低照度下成像很重要的一個處理過程，噪點會使圖像顯得不清晰，但降噪處理不當(dāng)又會造成嚴(yán)重的霧感、拖影，損失細節(jié)等現(xiàn)象。所以即使基于相同的硬件平臺，產(chǎn)品的最終效果也各有不同，這其中就體現(xiàn)了不同廠家的研發(fā)能力。

各大廠商在針對夜間超低照度成像技術(shù)的研究，一直未停止過腳步，宇視推出了星光和超星光概念的攝像機，?？低曁岢鲂枪?、星光+、黑光概念的攝像機。?？低曉缭?013年就推出了星光攝像機產(chǎn)品，開啟了夜間低照度彩色監(jiān)控效果的先河，2015年推出了新一代星光+產(chǎn)品，引入1/1.8大靶面?zhèn)鞲衅?，有效的提升了夜間低照度下的進光亮，有效提升了成像質(zhì)量，2017年推出效果更為震撼的第三代黑光攝像機。由于傳統(tǒng)成像模式攝像機要對圖像的色彩、亮度需要同時處理，從而導(dǎo)致色彩和亮度相互串?dāng)_，互相影響，而黑光攝像機能夠模仿出人眼視網(wǎng)膜成像的原理很好地解決這一矛盾：黑光成像有如視網(wǎng)膜中的干細胞和錐細胞，能分別對色彩和亮度分別采集和處理，避免串?dāng)_現(xiàn)象發(fā)生，除了傳統(tǒng)攝像機可見光波段成像外，還能對近紅外光成像，達到紅外補光同時也是彩色圖像的效果，如圖6所示，圖像清晰度佳，色彩還原度佳，已經(jīng)顛覆傳統(tǒng)技術(shù)，締造夜間監(jiān)控“全彩時代”！

圖6　黑光攝像機夜間效果

總結(jié)：攝像機成像的好壞很多時候是由環(huán)境光照狀況決定的，要實現(xiàn)攝像機高清成像就必須營造一個有利于成像的環(huán)境，光照不足時為其補充光源，同時還要處理好攝像機與環(huán)境的關(guān)系，選擇恰當(dāng)?shù)陌惭b位置，但很多安防監(jiān)控工程商認(rèn)為攝像機補光燈并不是主要設(shè)備只是輔助設(shè)備，所以預(yù)算一般較少，為了方便施工以及節(jié)約成本，在實際設(shè)計和施工中不太注意這些細節(jié)：大部分?jǐn)z像頭的型號及補光方式都一樣，沒有區(qū)分具體的場景和環(huán)境。隨著科技的不斷進步，更多先進的補光技術(shù)以及無需補光的攝像機都會出現(xiàn)，成本也會逐漸降低，我們在選用這些設(shè)備時應(yīng)注意其優(yōu)缺點！