【芯智雲城】Sigmastar全彩微光夜视摄像头解决方案

小雲分享 2024-08-27 12:26:20
一、低照度摄像技术简介

低照摄像机的概念首先出现在1998年,早期是由外资品牌主导这个市场,2014年国内各大品牌安防企业开始推出自己的“星光级”低照度安防监控摄像产品,发展到2019年,国内市场就呈现百花齐放的状态。

安防行业通常将前端摄像机分为四个等级:

(1)普通级摄像机,照度通常要求大于0.1Lux;

(2)月光级低照度摄像机,照度范围在0.01~0.1 Lux之间;

(3)星光级低照度摄像机,照度范围达到0.001~0.01Lux;

(4)黑光级低照度摄像机,当照度要求低于0.001Lux的时候,便达到所谓的“超星光级”,而我们常说的“黑光级”摄像机,通常要求在0.0005Lux照度下仍然能维持彩色画面。

图1:低照度摄像头的分类和实现路径

提升摄像头的低照度性能,通常从ISP调优、硬件/软件优化和AI算法应用三个方面着手:

1,ISP(Image Signal Processor)图像处理器:主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期处理,处理过程包括线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、白平衡、自动曝光控制等,依赖于ISP技术才能在不同的光学条件下实现较好的现场细节还原,ISP技术在很大程度上决定了摄像机的成像质量。对ISP进行参数调优,包括进行3D降噪、色噪、描边、宽动态、增益、噪声滤波和边缘增强等的处理。

图2:ISP图像优化流程示意图

2,硬件/软件优化:

(1)大光圈:更大的光圈可以提升进光量,例如F1.0大光圈的进光量是F2.0的4倍;

(2)高质量镜头:优质镜头是高质量成像的基础,采用光学玻璃镜头或玻塑混合镜头,结合增透膜技术,镜片组的透光率可以达到99%以上;

(3)大尺寸高灵敏度传感器:大靶面和堆栈式传感器能有效提升感光能力,例如1/1.7吋堆栈式传感器的感光能力相比1/2.7吋普通传感器提升500%;

(4)红外增强:选用带近红外增强技术的传感器,能够捕捉到更明亮的画面;

(5)通过降低视频帧率,延长每帧图像的曝光时间来增大进光量;

(6)图像融合:一颗传感器采集图像亮度信息和物体轮廓,另一颗采集色彩信息,用融合算法将两个图像信息融合,输出更优的图像;

3,AI ISP:是AI技术与ISP的结合,通常包含20-30个算法。

(1)颜色管理:利用深度学习模型进行更精细的颜色管理,根据不同场景,不同光照度下的颜色变化规律,更准确地调整图像颜色;

(2)色彩增强:通过识别图像中的关键区域和细节,对齐进行有针对性的色彩增强,提升图像视觉效果;

(3)光谱重建:从输入的RGB图像中恢复出更丰富的光谱信息,有助于提升图像的色彩准确性和真实性;

(4)通过AI赋能ISP Pipeline中的五大关键模块HDR、3DNR、SR、RLTM和Demosaic,特别是3A、降噪、HDR模块性能;

随着黑光等低照度摄像技术的不断改进和优化,市场应用端逐步成熟,现阶段经济型的摄像头产品也开始应用低照度成像技术,“星光级”低照度摄像机已经从概念变为各厂商的标配产品,而黑光、极光等更加极致的低照度技术成为各厂商的关注焦点。从追求更低的照度环境,到追求更优质的画面,再到追求极致的清晰度和色彩还原度来助力AI智能识别的应用,低照度摄像机的发展一路高歌猛进,下面我们介绍一下Sigmastar的低照度摄像头解决方案。

二、Sigmastar微光全彩摄像头解决方案

Sigmastar的微光全彩摄像头方案SoC主控芯片采用SSC377、SSC378和SSC379。SSC377/378方案再软硬件调优后具备在0.0005Lux低照度下的“黑光级”彩色图像输出。其中SSC337系列支持5M摄像头,SSC338系列支持4K超高清级别图像分辨率,而SSC379可以支持高达16M的摄像头,算力也得到提升,支持AI ISP功能。

图3:SSC377/378/379芯片框图

SSC377采用ARM Cortex-A35处理器,工作主频1.0Ghz,内置独立IPU单元,算力达1Tops。该芯片集成星宸科技行业领先的ISP,具备两路MIPI接口,支持最大两路HDR输入,支持H.264/H.265编解码,最高支持5M@30fps(2880*1620)的图像处理能力,芯片内置以太网支持10/100M,丰富的接口可以满足多样化连接需求。

本方案搭配采用1/1.8吋堆栈式高灵敏度图像传感器,并采用近红外(NIR)增强技术,提高700~1050nm波长的QE,从而能够在更远的距离捕捉到更明亮的图像画面,配套使用的高透光率镜头采用F1.0大光圈,确保足够的光通量。

图4:SSC377/378/379芯片主要规格

采用SSC377和SSC378芯片的低照度摄像头方案,通过硬件和ISP参数优化即可实现“黑光级”低照度条件下的彩色画面还原,因此方案成本低,极具性价比。如采用支持AI ISP功能的SSC379方案,在低照度下的成像性能还能提升30%左右,它是SSC377/378的性能升级版本,适合更高要求的应用场景。

图5:低照度拍摄对比

由SSC377方案Demo板搭建的测试平台的低照度成效效果显示,其在低照度细节成像效果良好,实测在0.0005Lux照度下,仍然可以保持彩色成像能力。

图6:“黑光级”低照度摄像头方案Demo板

根据国外统计数据,95%以上的违法案件发生在夜间。公安部的权威数据统计显示,近70%的犯罪都发生在夜间,特别是晚上7点到次日凌晨5点是犯罪事件的高发期。因此在安防领域夜间监控比白天监控更加重要,运用具备全彩夜视成像的摄像机来实现24小时昼夜监控,已经成为新的刚需,市场增长前景值得期待。

想了解更多的微光全彩摄像头方案信息,包括参考设计、芯片资料、技术规格等,请访问芯智雲城。

0 阅读:13