DPS 新技術(shù)攝像機(jī)在金融系統(tǒng)的應(yīng)用案例

    多年來金融行業(yè)一直是重點(diǎn)安全防范單位。它作為當(dāng)今社會(huì)貨幣的主要流通場(chǎng)所、國(guó)家經(jīng)濟(jì)運(yùn)作的重要環(huán)節(jié)，以其獨(dú)特的功能和先進(jìn)的技術(shù)廣泛服務(wù)于國(guó)內(nèi)各行各業(yè)中，其業(yè)務(wù)涉及大量的現(xiàn)金、有價(jià)證券及貴重物品。同時(shí)它也一直是各種犯罪分子關(guān)注的焦點(diǎn)。在金融行業(yè)，盜竊與反盜竊、搶劫與反搶劫、詐騙與反詐騙、貪污與反貪污隨著銀行業(yè)的發(fā)展也同步發(fā)展，犯罪活動(dòng)日趨上升，犯罪手段和方式也逐漸多樣化、暴力化、智能化。全球金融行業(yè)迫切需要安防新技術(shù)以保障日益增加的安全方面的需求，這也推動(dòng)了全球知名的監(jiān)控產(chǎn)品制造商對(duì)新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。

    在金融行業(yè)安全防范方面，監(jiān)控系統(tǒng)是最重要的部分，監(jiān)控?cái)z像機(jī)就是監(jiān)控系統(tǒng)的眼睛，因此在選擇時(shí)應(yīng)該考慮幾個(gè)因素：

    ①根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境和監(jiān)控目標(biāo)選擇參數(shù)指標(biāo)能滿足監(jiān)控需求的攝像機(jī)，確保在監(jiān)控時(shí)段內(nèi)監(jiān)控畫面的色彩真實(shí)還原、圖像高清晰度、適應(yīng)強(qiáng)光線變化的寬動(dòng)態(tài)范圍，這樣后端設(shè)備才能高質(zhì)量的記錄和重現(xiàn)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的畫面，可為突發(fā)事件提供有用的佐證。

    ②產(chǎn)品的高可靠性，產(chǎn)品應(yīng)該適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境變化。如遇特殊或意外事件引起的震動(dòng)沖擊、溫度濕度巨變、強(qiáng)烈光線變化等對(duì)攝像機(jī)正常工作的影響；如攝像機(jī)在使用一段時(shí)間后畫質(zhì)和色彩變壞，將嚴(yán)重影響監(jiān)視和記錄效果；如攝像機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障，將可能遺漏重要的監(jiān)控畫面，同時(shí)增加維護(hù)費(fèi)用。

    ③盡量減少使用需要人為操控的攝像機(jī)。因?yàn)樵谌粘Ｊ褂弥校�監(jiān)控人員要監(jiān)看很多畫面，正常監(jiān)看畫面都會(huì)錯(cuò)過很多有用畫面。應(yīng)該多利用機(jī)器的智能偵測(cè)和分析功能給監(jiān)控人員提供有價(jià)值的信息。

    在近幾年，銀行監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)令人頭疼的一些問題，那就是一年四季每天不同的時(shí)間段經(jīng)常出現(xiàn)強(qiáng)烈逆光、光線明暗變化大，圖像明亮部分和暗的部分不能像人類眼睛那樣同時(shí)看清，在強(qiáng)逆光時(shí)圖像大部分信息遺漏。對(duì)于這些問題，全球知名攝像機(jī)制造商開始推出寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)來解決問題。CCD攝像機(jī)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，CCD寬動(dòng)態(tài)技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展到第三代，并取得了很好的寬動(dòng)態(tài)效果。另一種寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是DPS，這是一種全新的、革命性的成像技術(shù)，盡管它剛剛應(yīng)用幾年，但其先進(jìn)的原理、良好寬動(dòng)態(tài)效果已經(jīng)讓人們驚喜，同時(shí)對(duì)這種技術(shù)的發(fā)展有著美好的憧憬。

    PIXIM DPS技術(shù)

    Pixim DPS 成像技術(shù)已經(jīng)被越來越多的攝像機(jī)制造商采用，它是繼CCD成像器件之后應(yīng)用最多的新技術(shù)成像傳感器件。CCD成像技術(shù)是在上世紀(jì)60年代開始應(yīng)用，它從青春期走到成熟期，它的基本原理使它無法取得重大的技術(shù)突破。Pixim DPS 成像技術(shù)剛剛出世就以超級(jí)寬動(dòng)態(tài)性能被眾多知名攝像機(jī)制造商接受，他在原理上要比CCD先進(jìn)得多，盡管他現(xiàn)在還很年輕，不能叱咤風(fēng)云，但未來是屬于他的。DPS技術(shù)商業(yè)化后，芯片組從D1000、D1500、D2000到D2500，圖像清晰度從480線提升到540線，最低照度從1.0Lux/F1.2,到0.5Lux/F1.4，典型寬動(dòng)態(tài)從95dB 到102dB。 DPS 技術(shù)寬動(dòng)態(tài)范圍能達(dá)到120dB ，而目前CCD攝像機(jī)的寬動(dòng)態(tài)范圍最大的是54dB。 盡管年輕的DPS 技術(shù)在某些方面還不如CCD技術(shù)那樣成熟，只能推出幾種芯片組，但DPS攝像機(jī)在與基本參數(shù)接近的CCD攝像相比，其寬動(dòng)態(tài)性能是絕對(duì)優(yōu)秀的。

    Pixim公司開發(fā)研制出一種優(yōu)于傳統(tǒng)CCD的有專利的DPS成像技術(shù)，它標(biāo)志著圖像技術(shù)在基礎(chǔ)原理上的突破。DPS技術(shù)由美國(guó)斯坦福大學(xué)電子工程學(xué)教授Abbas el Gamal與其帶領(lǐng)的博士研究生David Yang于1993年開發(fā)而成，于1999年創(chuàng)立的Pixim公司。自此以后,Pixim公司對(duì)DPS概念和技術(shù)申請(qǐng)了56項(xiàng)專利 ，其中42項(xiàng)已經(jīng)生效。

      DPS圖像捕捉和處理

    在像素剛開始曝光的最早期的可能時(shí)間點(diǎn)，DPS技術(shù)使得每幅圖片中的像素的光能轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。一個(gè)模擬量轉(zhuǎn)換到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換器（ADC），被設(shè)計(jì)到每個(gè)像素中，并與傳感器中每個(gè)像素的ADC同時(shí)進(jìn)行操作。這個(gè)像素的ADC構(gòu)造允許使用很多并聯(lián)低速電路，在接近于光電二極管信號(hào)產(chǎn)生的地方運(yùn)行，這對(duì)優(yōu)化每一個(gè)像素里的信噪比比率至關(guān)重要。

    DPS系統(tǒng)每一個(gè)像素里使用單獨(dú)的ADC，完成在每個(gè)像素里非破壞性又相互關(guān)聯(lián)的雙倍取樣。在每一次圖像捕捉期間，DPS使用這個(gè)性能在每個(gè)像素里對(duì)不斷增強(qiáng)的光的強(qiáng)度進(jìn)行多次抽樣。這就使得每個(gè)像素的曝光水平將由收集到的電荷的變化率來決定，而不是僅由它的絕對(duì)量決定。每個(gè)像素同樣擁有可調(diào)整的取消偏移量放大器，以確保通過傳感器隊(duì)列做出一致的反應(yīng)。這些創(chuàng)新減少了由于在APS上縱向排列不同值A(chǔ)DC引起的固定模式的噪音。

    DPS傳感器是數(shù)字的，因此像素讀取更快而且更準(zhǔn)確。每個(gè)數(shù)字圖像取樣被捕捉到芯片RAM上。由緊密連接的局部存儲(chǔ)器提供的高帶寬被用于取得超級(jí)寬動(dòng)態(tài)范圍。這個(gè)方法對(duì)于CCD或者APS傳感器都是不能完成的，因?yàn)樗麄円蕾嚹�擬的讀出電路。DPS卻可以從每個(gè)像素?cái)?shù)字取樣中獲得很多好處。

      DPS的寬動(dòng)態(tài)范圍

    寬動(dòng)態(tài)范圍實(shí)質(zhì)上是在所有光照條件下捕捉圖像細(xì)節(jié)。由于劇烈光線反射、耀眼的光照、車前燈和直接的太陽光，使監(jiān)視攝像機(jī)監(jiān)控畫面受到動(dòng)態(tài)范圍的影響。通過取得非破壞性的多次取樣的圖像捕捉能力和高級(jí)的圖像處理算法，DPS取得了很高的寬動(dòng)態(tài)范圍。

    當(dāng)曝光發(fā)生時(shí)，每個(gè)像素依撞擊每個(gè)像素光線強(qiáng)度的比例進(jìn)行電荷積累。一個(gè)強(qiáng)光源對(duì)一個(gè)像素充電要比一個(gè)若光源快得多�，F(xiàn)有的模擬技術(shù)對(duì)所有的像素使用單一曝光，在曝光結(jié)束后，攝像機(jī)在每個(gè)像素上感應(yīng)到積累的全部電荷。在曝光的快結(jié)束的時(shí)候，攝像機(jī)將在每個(gè)像素里感覺到整個(gè)的聚集電荷。這就意味著一些像素（亮光）可能感光過度而其他像素（暗光）可能曝光不足。

    DPS通過以下方法解決這個(gè)局限性：使用DPS，在曝光期間，對(duì)于光線照射每一個(gè)像素采用多次取樣。DPS分析出每個(gè)像素在光照射下充電速度。使用這個(gè)方法，在整個(gè)曝光期間，DPS按充電電荷增長(zhǎng)和整體電荷積累的混合速率測(cè)量光的強(qiáng)度。

    特別是，DPS系統(tǒng)記錄每個(gè)像素曝光接近飽和時(shí)所需的時(shí)間長(zhǎng)度。曝露在強(qiáng)光下的像素趨近于飽和的速度遠(yuǎn)超過其它象素。DPS測(cè)定每個(gè)像素在下次抽樣前是否飽和。如果一個(gè)像素將飽和，它的曝光所用的時(shí)間和它當(dāng)前的電荷強(qiáng)度被記憶儲(chǔ)存。

    當(dāng)大家認(rèn)識(shí)到整個(gè)范圍內(nèi)的每個(gè)獨(dú)立的像素以及像素電荷改變的速率被用來成像時(shí)，很大程度上增加了動(dòng)態(tài)范圍以及所捕捉到的信噪比，這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)才將顯現(xiàn)出來。其它技術(shù)只是測(cè)量了像素值，而沒有涉及到變化率。

    Pixim的DPS技術(shù)使用被稱為“多點(diǎn)采樣”的技術(shù)，這個(gè)技術(shù)用于收集信息，以實(shí)現(xiàn)無可匹敵的圖像質(zhì)量和高品質(zhì)動(dòng)態(tài)范圍。在一個(gè)單獨(dú)的捕獲畫面（在視頻中一般每秒50到60次），每個(gè)像素被獨(dú)立地?zé)o破壞性地多次取樣。成像系統(tǒng)決定最佳取樣時(shí)間和在像素飽和前存儲(chǔ)像素信息，并不再保留額外的電荷。在下面圖表中，亮的像素被存儲(chǔ)在時(shí)間軸T2，在它達(dá)到100%飽和前的最近一次抽樣時(shí)間。

    暗的象素積累電荷更慢一點(diǎn)而且將用更多的時(shí)間直到它被取樣存儲(chǔ)在T6。每個(gè)象素捕捉到的存儲(chǔ)信息值（強(qiáng)度、時(shí)間、噪波彌補(bǔ)）被并行處理，然后轉(zhuǎn)換成高質(zhì)量的圖像。

      DPS攝像機(jī)的應(yīng)用

    CDD攝像機(jī)的制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但高品質(zhì)高質(zhì)量攝像機(jī)還是出自一些知名的攝像機(jī)制造商。Pixim DPS攝像機(jī)依然遵循這個(gè)原則。世界著名的專業(yè)攝像機(jī)制造商日本池上公司將其在全球領(lǐng)先的攝像機(jī)制造技術(shù)和攝像機(jī)視頻技術(shù)與Pixim DPS 成像技術(shù)相結(jié)合，在2005年10月在全球推出的DPS 寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)ASD-A10，在歐洲和美國(guó)被廣泛應(yīng)用在金融行業(yè)。

    日本池上公司第一代DPS 寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)主要技術(shù)性能如下：
    1、最低照度：1Lux/F1.4（AGC ON 50IRE），0.75Lux/F1.2（AGC ON 50IRE0.03Lux/F1.4, 0.022Lux/F1.2 (電子靈敏度提升功能：最大32倍)。

    2、WDR寬動(dòng)態(tài)范圍：典型值95 dB 最大值120 dB ，36調(diào)整級(jí)。    
    ISD-A10寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)

    3、背光補(bǔ)償具有4個(gè)選項(xiàng)，①OFF，沒有背光補(bǔ)償；②ON，通常全范圍背光補(bǔ)償；③1SPOT，1個(gè)區(qū)域背光補(bǔ)償，通過設(shè)置可以選定背光補(bǔ)償區(qū)域大小和位置；④2 SPOT ，2個(gè)區(qū)域背光補(bǔ)償，通過設(shè)置可以選定2個(gè)背光補(bǔ)償區(qū)域大小和位置。通過調(diào)整背光補(bǔ)償和寬動(dòng)態(tài)范圍大小，使該機(jī)能在多種強(qiáng)光變化的場(chǎng)景獲得最好的監(jiān)控畫面。

    4、GAIN增益。在選擇SENS UP OFF時(shí)有5種增益模式可以選擇①AGC，這種模式是初始的自動(dòng)優(yōu)化靈敏度和噪波電平；②HYP AGC 這種模式的靈敏度高于AGC模式，但在較高靈敏度和光線較暗時(shí)，圖像有噪波點(diǎn)。③LOW低，這種低固定模式靈敏度低用于較亮的場(chǎng)景；④MID中，這種中等固定模式靈敏度介于LOW低和HIGH之間；⑤HIGH高，這種高固定模式靈敏度用于較暗場(chǎng)景下，保持高靈敏度。在選擇SENS UP ON時(shí)有2種增益模式可以選擇，①AGC；②HYP AGC。在不同的應(yīng)用環(huán)境，通過調(diào)整選擇最佳的增益方式。

    5、5種模SENS UP 靈敏度提升模式。①OFF，初始模式?jīng)]有靈敏度提升；②S/N，信噪比模式用于拍攝移動(dòng)幅度小，有亮度變化的場(chǎng)景；③STD，這種、標(biāo)準(zhǔn)模式可以在拍攝光線變化的場(chǎng)景時(shí)，抑制圖像模糊和粗糙；④MOVE運(yùn)動(dòng)模式用于像街區(qū)或停車場(chǎng)等有光線變化和人物移動(dòng)場(chǎng)景。⑤SLOW SHUTTER 慢快門電子靈敏度，有X2、X4、X8、X16、X32 五檔選擇。對(duì)于監(jiān)控目標(biāo)移動(dòng)速度不高時(shí)，可以用靈敏度提升的方式來提升照度指標(biāo)。

    6、4種自動(dòng)白平衡調(diào)整模式。①ATW，初始設(shè)定自動(dòng)調(diào)整；②ATW Ex ，當(dāng)色溫范圍高于ATW 模式時(shí)選用，在通常的光源下，與ATW模式相比略有褪色；③AWC，這是所謂的ONE PUSH 自動(dòng)白平衡模式，使用一個(gè)白色靶子作基準(zhǔn)自動(dòng)調(diào)整白平衡；④MANUAL 手動(dòng)調(diào)整R紅增益和B藍(lán)增益。在確定監(jiān)控場(chǎng)景和目標(biāo)后，選擇一種最佳的白平衡模式，以保證色彩最好。

    7、在色彩調(diào)整方面，將廣播級(jí)技術(shù)應(yīng)用到監(jiān)控?cái)z像機(jī)。①COLOR  BAR 自身帶有彩條顯示功能，輔助調(diào)整色彩，以保證最佳色彩；②ch rOMA色度補(bǔ)償調(diào)節(jié)，用以調(diào)節(jié)圖像色彩。③DETAIL 輪廓細(xì)節(jié)調(diào)整。

    我們?cè)陔娨暲锝?jīng)常看到公安機(jī)關(guān)通緝的犯罪嫌疑人在銀行營(yíng)業(yè)廳作案的畫面，但很多細(xì)節(jié)很模糊，需要廣大群眾根據(jù)畫面犯罪嫌疑人的簡(jiǎn)單特征提供有用的線索。為什么不能拍攝清晰的畫面？

    銀行營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)一般都位于臨街路邊，大廳光線充足，用戶接待臺(tái)面向窗戶，顧客則背向窗戶。

    監(jiān)控?cái)z像機(jī)需要監(jiān)看和記錄的目標(biāo)是營(yíng)業(yè)員的工作過程、用戶的面部細(xì)節(jié)、大廳里人員活動(dòng)的細(xì)節(jié)、營(yíng)業(yè)廳窗外的人、物細(xì)節(jié)及顧客從營(yíng)業(yè)廳外進(jìn)入營(yíng)業(yè)廳及從營(yíng)業(yè)廳里離開到外面等全程。金融系統(tǒng)營(yíng)業(yè)廳一般營(yíng)業(yè)時(shí)間是早9：00到晚6：00，在春、夏、秋季的營(yíng)業(yè)時(shí)段內(nèi)室外光線很充足，只在冬季有短暫的時(shí)間完全依賴燈光照明。在這么長(zhǎng)的時(shí)間段，光線明暗變化明顯，室內(nèi)外光線反差巨大，又有照明燈光，監(jiān)控?cái)z像機(jī)又處于逆光拍攝，用普通的攝像機(jī)是不能拍攝出明暗反差大的局部細(xì)節(jié)，監(jiān)控不到滿意的圖像。這種監(jiān)控環(huán)境下，需要的不是攝像機(jī)具有多低的照度指標(biāo)，而是需要攝像機(jī)具有很好的寬動(dòng)態(tài)性能，很好的色彩還原和高清晰度。

    對(duì)于ATM機(jī)，很多安放在室外，它是24小時(shí)對(duì)顧客營(yíng)業(yè)的，用于ATM的攝像機(jī)不僅需要更好的寬動(dòng)態(tài)指標(biāo)還要有足夠的低照度指標(biāo)。用于金融安防系統(tǒng)場(chǎng)所的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，也應(yīng)該選用寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)，這是金融安防系統(tǒng)本身的特點(diǎn)所要求的。

    下面是普通CCD攝像機(jī)和DPS攝像機(jī)同時(shí)拍攝的珠寶店失竊的幾幅圖片：

    從上面的4幅圖片看出，普通CCD攝像機(jī)拍攝的圖片不能記錄犯罪嫌疑人在實(shí)施偷竊前在室外的舉動(dòng)，犯罪嫌疑人進(jìn)入室內(nèi)后人物的局部細(xì)節(jié)模糊，偷竊過程細(xì)節(jié)不清，犯罪嫌疑人出門后，無法看清室外圖像。而DPS 攝像機(jī)可以清晰地記錄犯罪嫌疑人作案的全過程。

    在安防攝像機(jī)產(chǎn)品中廣泛運(yùn)用Pixim芯片的廠商包括：Ikegami,Baxall, Dallmeier Electronic, EverFocus, Tyco Fire & Security, GE Security, General Solutions,Honeywell, Pelco, Sunell, JVC, ChipER, Eagle Technology, Videor Technical, Smartvue, and Verint等國(guó)際知名攝像機(jī)制造商。在國(guó)內(nèi)我們可以看到池上、景陽、PELCO等DPS 寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于金融行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)。不遠(yuǎn)的將來，寬動(dòng)態(tài)將成為攝像機(jī)的基本功能，各種新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使攝像機(jī)達(dá)到像人眼那樣在各種環(huán)境下自如調(diào)節(jié)，獲得高清晰度、高色彩還原度、高寬動(dòng)態(tài)范圍的優(yōu)質(zhì)畫面。

      專家點(diǎn)評(píng)：

    Pixim的CEO Joe Montalbo說：“池上ISD-A10攝像機(jī)選用DPS技術(shù)是理想的選擇，實(shí)際的主體和目標(biāo)識(shí)別是很重要的，例如在銀行營(yíng)業(yè)部門和ATM機(jī)場(chǎng)所。Pixim的DPS技術(shù)采用將有助于用戶損失降到最小，在刺眼和不可預(yù)料的光線條件下，拍攝出清晰圖片，有助于抓捕更多的犯罪嫌疑人�！�           
  
    池上美國(guó)電子公司總裁Teruo Hongo說過：“有效的監(jiān)視需要一致地、準(zhǔn)確地、實(shí)時(shí)地識(shí)別主體和目標(biāo)，DPS技術(shù)使得我們的新產(chǎn)品ISD-A10攝像機(jī)即使在強(qiáng)光下也能拍攝出具有高清晰細(xì)節(jié)的低光斑圖像。一般在24小時(shí)內(nèi)，因?yàn)楣饩�變化的原因，很多場(chǎng)所的監(jiān)控?cái)z像機(jī)沒有能夠全部捕捉到精確的圖像。比如曝露在閃爍光、強(qiáng)烈的背景光、反射光、斜射光、太陽直射或者是明亮的車前燈光。為什么許多用戶在新增或更換原有攝像機(jī)時(shí)都采用具有DPS技術(shù)的攝像機(jī)，是由于在實(shí)際使用環(huán)境中普遍存在光線問題。池上準(zhǔn)備以后在更大范圍內(nèi)推廣基于DPS芯片的攝像機(jī)�！�

    用戶評(píng)價(jià)：

    在世界范圍，很多使用DPS寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的金融行業(yè)用戶都給這種新技術(shù)攝像機(jī)高度評(píng)價(jià)，尤其是在歐美國(guó)家，在老監(jiān)控系統(tǒng)更新?lián)Q代時(shí)或新建擴(kuò)建監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，首先考慮使用寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)。在我國(guó)幾大銀行在全國(guó)各地有成千上萬的營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，其中已經(jīng)有部分營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)使用寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)，他們認(rèn)為寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)很好地解決了強(qiáng)烈外部光線變化使得監(jiān)控畫面丟失重要信息的問題，今后監(jiān)控系統(tǒng)的改建擴(kuò)建將著重考慮帶有寬動(dòng)態(tài)功能的監(jiān)控?cái)z像機(jī)。