隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也向智能化發(fā)展，而監(jiān)控用的攝像機也必須智能化。DSP攝像機有普通型與智能型，以往的DSP智能攝像機主要是提高圖像質(zhì)量型。本文主要介紹DSP智能攝像機的工作原理，過去的提高圖像質(zhì)量型與現(xiàn)在需要的檢測識別報警型DSP攝像機的智能化功能，檢測識別報警型DSP攝像機在現(xiàn)代平安城市建設(shè)中的作用，以及DSP智能攝像機必須由提高圖像質(zhì)量型向檢測識別報警型發(fā)展。

DSP (Digital Signal Processing)即數(shù)字信號處理，它是利用數(shù)字計算機或?qū)Ｓ脭?shù)字信號處理設(shè)備，以數(shù)值計算的方法對信號進行采集、變換、綜合、估值、識別等加工處理，借以達到提取有用信息、便于應用的目的。

由于有了DSP功能的芯片出現(xiàn)，所以近些年才出現(xiàn)了DSP的新型攝像機。這種攝像機的主要特點就是：在攝像機內(nèi)部的電路采用了大規(guī)模數(shù)字信號處理集成電路(DSP LSI)，并且由微處理器對系統(tǒng)的狀態(tài)進行檢測與控制，因此其穩(wěn)定性、可靠性、一致性等都大大提高。DSP芯片是一種特殊的微處理器，就是根據(jù)數(shù)字信號處理理論的數(shù)學模型和算法，設(shè)計出專門的數(shù)字信號微處理器芯片。計算程序全部“硬化”，數(shù)字濾波器所需要的其他設(shè)備也全部集成、硬化，比如加法器、存儲器、控制器、輸入/輸出接口，甚至其他類型的外部設(shè)備等。許多在模擬信號處理器中無法進行的工作，都可以在數(shù)字處理中進行，如二維數(shù)字濾波、數(shù)字動態(tài)圖像檢測、數(shù)字背景光補償、膚色輪廓校正、細節(jié)補償頻率調(diào)節(jié)、準確的彩色矩陣、精確的γ校正、自動聚焦等。因此，有了DSP的攝像機，可大大提高圖像的質(zhì)量。

此外，通過數(shù)字設(shè)定，可進行畫面格式變換，還可均衡調(diào)節(jié)各參數(shù)值，把攝像機之間的差別縮減到最小。DSP彩色攝像機，還能方便地輸出亮度信號與色度信號分離的視頻信號(簡稱Y/C信號或S-Video信號)。DSP技術(shù)不僅使攝像機在性能上獲得優(yōu)勢，而且縮小了體積，節(jié)省了零件及裝配時間，從而降低了成本。

一、DSP智能攝像機的工作原理

DSP攝像機的工作原理中，亮度/色度處理、編碼同步發(fā)生器及CCD驅(qū)動等部分電路均采用了數(shù)字信號處理技術(shù)，它們都由微處理器執(zhí)行中心控制。雖然，由于AGC和γ校正電路是在A/D轉(zhuǎn)換之前，仍為模擬處理，但它們的控制電壓和補償信號是根據(jù)數(shù)字部分檢測決定的，因而仍然可以調(diào)節(jié)得很精確。

亮度/色度處理部分，需要微處理器對數(shù)字信號的數(shù)據(jù)進行檢測處理控制，以測量出信號峰值、平均值、差值等信息，并將這些測量結(jié)果經(jīng)微處理器的運算處理，形成各種控制信號。如其中需要采用二維數(shù)字梳妝濾波(2-Dementional Digital Comb Filter)處理技術(shù)，用它可以減小亮度信號對色度信號的串擾，并最大限度地保留亮度信號高頻成分，從而進一步改善圖像質(zhì)量。

關(guān)于檢測識別預/報警型的智能化功能，主要是通過智能化軟件固化在DSP中。通過所監(jiān)控的圖像檢測，如得到所需的信息就去進行識別處理判斷，以驅(qū)動預/報警而阻止犯罪。
 
　　二、提高圖像質(zhì)量型DSP攝像機的智能化功能

該類DSP攝像機在提高圖像效果的同時，而具有智能的特色。因為相對于模擬攝像機來說，數(shù)字信號處理攝像機能方便地使用一些改善圖像質(zhì)量的新技術(shù)。因為通過數(shù)字信號處理技術(shù)，可以獲得許多模擬信號處理難以實現(xiàn)的效果。下面主要簡介一下提高圖像效果的智能型DSP彩色CCD攝像機中所采用的數(shù)字2H增強技術(shù)、數(shù)字拐點技術(shù)、智能數(shù)字背景光補償、數(shù)字自動跟蹤白平衡、數(shù)字動態(tài)展寬、自動聚焦、電子靈敏度增強、數(shù)字降噪及屏幕菜單顯示等智能功能。

1、數(shù)字2H增強技術(shù)

采用數(shù)字2H增強技術(shù)，可以有效地增強視頻信號的水平和垂直邊緣，從而獲得邊緣分明的清晰圖像。

在采用了2H增強信號與視頻信號合成后，就可使視頻信號的邊緣部分得到增強。

2、數(shù)字拐點技術(shù)

數(shù)字拐點技術(shù)可以有效地擴展視頻信號的動態(tài)范圍，這樣在拍攝高亮度景物時，不致于使圖像的高光部分被白色完全淹沒。圖3為數(shù)字拐點技術(shù)示意圖。

用模擬攝像機拍攝高亮度景物時，其圖像的高光部分就被白色完全淹沒。通過數(shù)字攝像機的數(shù)字拐點技術(shù)，可對圖像高光部分進行壓縮，從而使這部分的圖像細節(jié)能夠顯現(xiàn)出來。

3、智能數(shù)字背景光補償(Intelligent Digital Back-light Compinsation)

背景光補償也即逆光補償。在松下的一些CCD攝像機中，均采用了自適應型的智能數(shù)字背景光補償技術(shù)。這種技術(shù)與常規(guī)的逆光補償技術(shù)相比，這里采用了數(shù)字檢測與數(shù)字運算技術(shù)，因而可獲得很好的逆光補償效果。

智能數(shù)字背景光補償?shù)脑硎牵簩z像機攝取的整幅畫面平均分成48個(即8×6塊)正方形的小處理區(qū)域(如臺灣敏通公司的M88 DSP處理器就是這樣)，并對每一個小塊的平均亮度進行檢測，如果這些小塊的平均亮度差別過大，則通過先進的算法縮小這些小塊的亮度差，使過暗的景物能夠較為清晰地重現(xiàn)，而又不致于使圖像亮部區(qū)域出現(xiàn)過載。因此，采用這種智能化的數(shù)字檢測技術(shù)，即使是很小的、薄的或是不在畫面中心區(qū)域的景物，也能夠清晰地在畫面上呈現(xiàn)出來。

4、數(shù)字自動跟蹤白平衡(Digital Auto Tracing White Balance)

數(shù)字自動跟蹤白平衡技術(shù)能夠自動跟蹤畫面上的白色，對系統(tǒng)進行白平衡調(diào)整，因而它能夠明顯改善彩色圖像的重現(xiàn)效果。

數(shù)字自動跟蹤白平衡的原理與上述的智能背景光補償技術(shù)類似，它也是將攝像機攝取的一整幅畫面平均分成48個小塊，并檢測這些小塊中是否有白色，即使畫面上有很小的一塊白色，攝像機也能夠自動跟蹤它，并以它作為基準對系統(tǒng)的白平衡進行調(diào)整(有關(guān)白平衡的定義及調(diào)整在本人編著的《電視監(jiān)控技術(shù)》一書第二章中有詳細說明)，使重現(xiàn)的圖像絢麗多彩。如松下等彩色攝像機，就采用了上述的數(shù)字自動跟蹤白平衡的技術(shù)。

5、數(shù)字動態(tài)展寬 (Digital Wide Dynamic Range)

一般攝像機攝取寬動態(tài)范圍的場景時，畫面上可能會同時出現(xiàn)明亮區(qū)域及灰暗區(qū)域。如明亮區(qū)域顯示合適時，灰暗區(qū)域則可能過于黑暗;反之，當灰暗區(qū)域顯示合適時，明亮區(qū)域則可能亮得過載。數(shù)字動態(tài)展寬技術(shù)可有效縮小寬動態(tài)范圍圖像的亮暗差別，使兩個區(qū)域的圖像同時在監(jiān)視器屏幕上清晰地顯示出來。

數(shù)字動態(tài)展寬技術(shù)的基本原理是，采用雙速CCD圖像傳感器，能在同一時間內(nèi)對攝取的場景分別進行長短不同時間的曝光，將此信號輸入專用的圖像處理集成電路中，通過變換、合成、校正等處理而輸出擴展了40倍動態(tài)范圍的清晰圖像。如松下WV-CP460系列DSP攝像機中，采用了兩組AGC電路及一些增強與降噪等處理技術(shù)，使攝像機的動態(tài)范圍進一步地從第一代的40倍增加到80倍，即“超動態(tài)二代(Super Dynamic Ⅱ)”。

有關(guān)數(shù)字動態(tài)展寬較詳細的原理，可參閱本人編著的《電視監(jiān)控技術(shù)》一書第二章第六節(jié)中的超高動態(tài)CCD攝像機。

6、數(shù)字自動聚焦(Digital Self-regulation Focus)

在快速球與設(shè)置在云臺上的一體化攝像機中，一般都需要自動調(diào)焦系統(tǒng)。尤其在高速球中使用時，其自動聚焦的速度最好不超過1秒，當監(jiān)控場景的距離相差太大而超過景深范圍時，尤為需要。因此，快速地自動聚焦的軟件算法的選擇與光圈等的控制配合就非常重要。

自動聚焦的方法很多，有測距法、聚焦檢測法與圖像處理法三類。目前一體化攝像機中大多采用圖像處理法，需了解自動聚焦詳情，可參閱本人編著的《電視監(jiān)控技術(shù)》一書第一章第三節(jié)以及《安全與光電》論文集中“論各類自動調(diào)焦技術(shù)及其優(yōu)劣”一文，這里就不敘述了。

7、電子靈敏度增強(Electronic Sensitivity Up)及數(shù)字降噪(Digital Noise Reduction)

一般，普通攝像機的AGC打開時，雖可以提高其感光的靈敏度，但干擾噪聲也相應放大，從而使監(jiān)視器屏幕上顯示的圖像充滿雜亂的噪點。而采用電子靈敏度增強及數(shù)字降噪技術(shù)，可使重現(xiàn)的圖像清晰可辨。如松下的WV-CP610彩色攝像機中，在使用電子靈敏度增強及AGC技術(shù)提高其靈敏度的同時，還應用數(shù)字降噪技術(shù)降低其圖像的噪點。它不僅可使攝像機的靈敏度提高32倍，還能提高重現(xiàn)的圖像的質(zhì)量。

數(shù)字降噪方法不少，如由幀間積分平均器組成的數(shù)字式雜波降低器已有商品出售，其最大信噪比的改善可達15dB，其降噪原理在本人編著的《電視監(jiān)控技術(shù)》一書第十一章中有詳細敘述。

8、屏幕菜單顯示(On-Screen Display簡稱OSD)

由于新型的DSP攝像機的功能不斷增多，而這些功能又必須通過設(shè)定(Setup)才能奏效，因此通過監(jiān)視器屏幕上的菜單顯示，對攝像機的工作狀態(tài)進行設(shè)定，可以為使用者帶來極大的方便。如松下的和LG-Honeywell 的一些攝像機大都具備這種屏幕菜單顯示的功能。

新型的DSP攝像機的參數(shù)的設(shè)定，可配合專用的中心端控制設(shè)備，通過單同軸電纜(對松下系列攝像機)或RS485/RS232通訊線(對其他品牌攝像機)等傳到前端的攝像機，從而使其工作在所設(shè)定的狀態(tài)。

一般，新型的DSP攝像機除了OSD功能外，還內(nèi)置可以獨立設(shè)定的ID識別碼，這對于具有數(shù)十臺甚至數(shù)百臺攝像機的大型電視監(jiān)控系統(tǒng)來說，顯得尤為重要。

松下公司的WV-CP610系列攝像機的屏幕菜單設(shè)置流程圖，如圖4所示。由該圖可見，攝像機的ID碼、ALC/ELC、背景光補償、電子快門速度、自動增益控制、電子靈敏度增強級數(shù)、同步方式、白平衡、數(shù)字動態(tài)展寬、數(shù)字運動檢測、數(shù)字降噪以及色彩、基準電平、孔徑電平等參數(shù)，均可以通過屏幕菜單進行調(diào)整。

上述調(diào)整過程除了可通過WV-CP610攝像機后面板上的5個按鈕(WV-CP654的5個按鈕在攝像機機身側(cè)面的蓋板內(nèi))來完成外，還可通過中心端的攝像機遙控器WV-RM70來完成。這里，WV-RM70與WV-CP610的通訊并不需額外的連接線，而是直接通過視頻同軸電纜以多工方式來實現(xiàn)。WV-RM70還可以進一步通過其RS-