由生物鍊弱肉強食看監控設備之未來發展趨勢

發表時間:2019-09-24 15:24

仿生學,一門既古老又年輕的學科。人們研究生物體的結構與功能工作的原理,并根據這些原理發明出新的設備、工具和科技,創造出适用于生産,學習和生活的先進技術。

  而人類正是靠着将現有的優勢進行不斷創新與升級,加之不斷的“拿來主義”将各種其他生物的優秀特性通過工具進行模仿與升級。當人類在種種動物最擅長的領域超過他們之後,人類便一躍成為了地球食物鍊的天花闆。

  那麼人類發明創造出種種工具之前能威脅人類的動物有很多很多,那又是如何逃避它們的捕獵呢?答案很簡單——靠視覺。

  生物想要對外物的視覺情景做出感知需要通過眼睛對于光線的處理。我們人類擁有三色的視覺,這就意味着在人類眼中可以呈現出三種光受體,也就是視錐感知到的紅綠藍三種。還有另一種光受體,叫做視杆細胞,能夠感知到少量的光線,使得在夜晚我們也能看到微弱的光源。

  而動物們眼睛處理光的方式就與我們人類不同,有些動物隻能感知到兩種光受體,這會讓它們成為色盲。有些動物卻可以感知到四種甚至更多。而這就從先天上定下了他們在食物鍊中的地位,吃與被吃。

  有趣的是,随着時代的發展,因為人們急切地需求一種在自己視野之外能看管自己财産的工具,所以監控設備便承運而生。而最令人驚奇的是,縱觀監控系統由“看得見”到“看得清”再到“看得懂”的發展曆程,冥冥中似乎又将視覺之于食物鍊的影響以一種另類的方式又為人們演示了一次。

  監控設備這一路上暗合“天數”的演變,且聽筆者為各位看官一一道來。

  其一、陸地食物鍊的底層——草食動物(看得見)

  以對人類農業生産、交通運輸和軍事等活動作用最大的馬為例,馬可以說是草食動物裡視力差的代表,不但是近視眼,而且馬還看不到和我們一樣多的顔色。它們的世界主要是由灰色、黃色和藍色組成的。同時馬對靜态物的視覺感受不如動态物,由于眼軸的長度不良,物象很難在視網膜上形成焦點,看物體隻能形成模糊的圖像。而作為馬最重要的感知器官,視力的不足讓它們淪為捕獵者主要的口糧之一。

  而對比監控設備,馬的視力同其在生物鍊中的地位更像是第一代的傳統模拟閉路電視監控。因其最主要的限制因素就是錄像質量不高,同時錄像質量随拷貝數量的增加而降低。尤其是夜晚的監控畫面,要麼是漆黑一片,要麼經過有限的幾次拷貝之後,甚至會給人一種“十米之外雌雄莫辨,二十米之外人畜難分”的既視感,這也是第一代的傳統模拟閉路電視監控系統幾近“不存于世”的原因。

  其二、陸地頂尖獵食者——貓科動物(看得見→看得清)

  談起貓科動物,貓科動物可以說是陸地上最除人類外最強的捕食者之一,同等重量下絕無敵手。貓是一種二色的視覺動物,它們眼中隻有紅綠色,它們的視覺分辨率比人類低,這也就意味着貓看到的物體是比我們人類看到的要模糊很多。貓色彩感的犧牲換取的是它超級強大的夜視能力。在黑暗中,感知色彩的視錐細胞就開始罷工,這個時候,視網膜中的視杆細胞就上場,這種細胞無法感知色彩,因而在黑夜裡我們看到的東西都是黑白的。貓的視杆:視錐細胞的比例是25:1,而人類隻有4:1,因此當時間切換到黑夜,貓就變得比人類更為靈敏,而且它的瞳孔在昏暗中可擴大至眼球表面的90%,微弱的光亮就足夠它們覓取獵物。

  可能不用我說大家都發現了,自2010年開始,在監控前端設備中,圖像傳感器方面CMOS對CCD形成大範圍的替代并且像素密度持續提升,光學鏡頭方面也同步進行着分辨率提升和變焦倍率的增大,并且編碼壓縮算法的疊代進步緩解了采集内容的高清化對于網絡帶寬和後端存儲的壓力,以上多方面因素共同推動下,安防監控系統進行了持續的高清化疊代。

  加之光感傳感器靈敏度的飛速提升與紅外夜視傳感器的應用讓紅外線夜攝能夠在全黑(0 Lux)環境下進行拍攝,甚至連肉眼也不能分辨的物體,現在也可以清晰地拍攝下來。因為監控設備用CCD感應所有光線(可見光、紅外線和紫外線等),這就造成所拍攝影像和我們肉眼隻看到可見光所産生的影像很不同。為了解決這個問題,監控設備在鏡頭和CCD之間加裝了一個紅外濾光鏡,其作用就是阻擋紅外線進入CCD,讓CCD隻能感應到可見光,這樣就使數碼攝像機拍攝到的影像和我們肉眼看到的影像相一緻了。貓科動物這種優秀的夜間視覺特得以在監控設備上得以重現。

  但是夜攝功能的一個主要缺點是雙色拍攝,或者黑白,或者偏綠,拍出來的圖像噪點很大。使用這種夜攝功能,能夠很好地“看得見”物體,但是離“看得清”物體還很遠。

  其三、動物界視力的天花闆——鷹(看得清)

  不同于人類,鳥類是四色視覺動物。它們的四種視錐細胞能夠讓它們和人類一樣看到紅綠藍,甚至還能比人類多看到紫外光。一些捕食鳥類有着比人類更銳利的分辨率,有資料稱鷹眼的分辨率是人類的2.5倍。

  在眼睛結構上,人類每隻眼睛的視網膜上是有一個凹槽的,這個叫做中央凹,而老鷹的眼睛裡的中央凹有兩個。這兩個中央凹一個用來向前方看,一個用來看側方。這就導緻了老鷹的視覺範圍很寬廣,除此之外老鷹每一個中央凹能看到東西的細胞都比人類高出六七倍。一般可以用雙眼掃描13平方公裡内的獵物。同時它既是遠視眼又是近視眼,他們能從2000多米的高空俯視地面,通過不斷的調節視距和焦點,就可以看到很多細節,方便捕捉獵物(像不像是自動變焦技術)。

  分辨率之于監控設備也是一樣,如果畫面不清晰,那麼夜間攝像又有什麼意義?随着H.265編碼技術使用後,所拍攝畫面的清晰度較之以往更為優秀,隻要解決紅外線夜攝技術的痛點讓夜攝畫面不再隻是單調的兩色,那麼離“看得見”就不遠了。這個階段的監控設備以海康威視子公司螢石為例,其C3C、C3W等設備靠2顆大功率暖光燈補光,進而實現夜間全彩。同時基于現實環境智能感光,采取智能PQ技術調節畫面亮度,避免了人靠近時的曝光過度的情況保證人形區域清晰可見。

  但僅僅是補光就夠了麼?要知道攝像補光是暖光好還是冷光好至今争議未休,何況補光燈所發出的光屬于可見光,隐蔽性較低,不宜用于隐蔽監控。那麼針對于這些痛點,螢石研發的C3X/C4X/C5X這類高清雙攝設備則解決了這些痛點。200萬/400萬/500萬像素保證了監控畫面的清晰度,同時雙senser架構+雙攝像頭的設計分别感知色彩和亮度,加之螢石雙光譜圖像融合算法将兩邊圖像深度融合以保證畫面質量,讓黑夜中的一切清晰可見。

  結語

  縱觀監控設備的發展史,“看得見”、“看得清”、“看得懂”演變進程之間其實是互為基石而非花開兩朵各表一枝。就好比一個三千度近視的人摘下眼鏡,無論看的多懂,若是視野裡萬物自帶“馬賽克”又有什麼用呢?

  而當監控設備的發展史,以一種令人驚奇的方式又再次诠釋了大自然的規律,那我們是不是也可以得出這樣一個結論,動物的進化史中的優勝劣汰,在監控設備的演變史中亦會如此。如同第一代監控設備如同進化史上滅絕的動物一樣消聲覓迹,隻能在資料中找到存在的身影一樣。那麼今後民用領域的黑白夜視産品大多都會逐漸被全彩産品取代也是可以預見的,如同大自然中的食物鍊一般,落後就要挨打是一個亘古不變的真理。