嵌入式影像感測技術實現智慧監控願景
- DIGITIMES企劃
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要打造完善的安全監控系統，必須從影像處理與系統建置兩端著手，現在CCD與CMOS在應用上各擅勝場，導入者可視其環境選擇技術，有了正確的技術，再加上周全的建置規劃，智慧化安控系統將成為智慧城市的安全尖兵。
安全監控是視覺感測器（Image Sensor）與嵌入式系統代表性應用，這幾年國際間的恐怖攻擊不斷，安全疑慮急遽上升，安全監控開始與週邊的各類系統整合，新世代監控系統逐漸成型。
技術進展快 CMOS後勢看漲
新世代安全監控系統的功能趨勢相當明顯，一是高整合的智慧化，二為高清晰影像的HD化，多數導入者當然希望可以兩者兼具，不過在預算有限的情況下，HD往往會是優先考量，畢竟清晰影像是安全監控系統的根本所在，不能清楚辨識畫面，功能再多元都沒用，而影像要清晰，又與攝影元件和整體系統設置息息相關，因此以下就從不同應用情境下，來看安全監控系統的這2個主要構成應該如何架設、調整，以使系統影像擷取最佳化。
攝影元件方面，目前市場上主流影像感測器仍為CCD與CMOS Image Sensor兩類為主，CCD向來是安全監控系統的主流影像感測器，兩者在相同畫素下相比，CCD在靈敏度、雜訊處理方面，都要比CMOS高出一節，在相同感測器尺寸下，其進光量也遠勝CMOS，不過CMOS近年來急起直追，CCD的優勢已不再如以往明顯。
近期各項廠商的評測中，在低光環境中，CMOS的表現已經不輸CCD，因此在低照度高清晰的選擇上，CMOS逐漸成為安全監控廠商的另一選擇，此外IP式監控攝影機，在頻寬考量下，通常會在攝影機端就先以編碼器壓縮影像，避免龐大的高清影像造成傳輸阻塞，由於相同晶片尺寸下，CCD的感光度會比CMOS佳，即便經過壓縮，解壓縮後的影像品質仍佳，CMOS要達相同感光度，晶片尺寸會較大，不過由於晶片廠商的量產，CMOS價格極具優勢，因此仍有多數廠商在價格考量下，願意使用CMOS，因此CMOS已是低照高清的IP攝影機主流技術。
CMOS本身技術不斷改進，現在效能已逐漸逼近CCD，不過好的CMOS仍需搭配高效影像處理器，整體效能才能充分發揮，目前DSP/ISP在克服了功耗問題後，不論在影像控制、訊號降噪、背光寬動態，都獲得有效改善，下一步則是嘗試在前端攝影機上研發出更高的寬動態、更好的強光抑制及更穩定的色彩控制的DSP/ISP晶片。
設置不當 系統效能打折
安全監控系統的畫面清晰與否，除了攝影機本身的影像感測器效能外，另一個關鍵是整體系統設置能力，以安控系統設置規模最大的台北市為例，一直以來都有新聞事件因畫面問題，導致無法在第一時間辨認出當事人臉孔，以至無法掌握處理事件的黃金時間。
監控系統可分為「攝影元件」、「傳輸通訊」及「整合平台」三個部分，在不同的應用領域之下，所需求的設備自然有所不同，像是針對路況分析，攝影機對顏色的辨識就並非重點，如何讓畫面清楚乾淨的呈現現況才是優先考慮的面向，但如果必須進行犯罪偵查，顏色形式的辨認反而是其中重點項目，因此如何在不同的應用領域上提供最佳化的解決方案，這是系統整合者必須優先解決的問題。
以「辨人」功能為例，就需要高解析度、自動對焦、變焦，甚至遠端操控功能的設備，現況上設置的CCTV，要達到這樣的目標太過苛求，之前台北市政府耗資新台幣13億元，建置完成13,699支警用錄影監視器，卻被發現在監視器引電啟用後，錄影畫面卻一片黑，完全看不清楚影像，畫質不良率將近25%，平均4支中就有1支監視器拍得到畫面，看不到內容；有業者指出，這是市府事先規劃設計未能設想周延，又未在合約中要求廠商負責到底，導致必須再花6,000多萬元補破洞，重新加裝補光燈。
高整合才會有智慧化
在設計路口監視器的設置點上，過去必須要考慮現場光源的問題，如果現場光線不足，就必須補充外部光源，不過近來在產品技術上的進步，已逐漸針對超低照度感光進行支援，以降低對紅外線LED的依賴。
因此在整合要求上，如何將經費花在刀口上，在重點環境設置必要設備，整合完整平台，才有可能達成需求，如果以過去解析度30萬畫素的攝影機拍攝人物，如果大部特徵相同，基本上要分辨是「誰」，難度相當的高；但在攝影機解析度提高的現況下，的確有機會做到辨識功能
舉例來說，過去在台北101發生的韓國鑽石大盜案，就是因為其作案鏡頭遭錄下，在台灣警方轉知韓國後，一下就逮到該名大盜；據韓國方面宣稱，只要被鎖定的目標一出門，警方可在30分鐘內掌握該目標的行蹤。但光是辨識系統就可以像韓國所稱的這麼「神」嗎？
或許是媒體誇大了「智慧化」的能力，不過這類的犯罪偵防模式，在技術上的確已經成熟，但重點仍在應用的整合規劃，所謂的辨識系統並非像電影或媒體所稱的那麼神奇，並非人物出現，就可以透過監視系統確認他的「身分」，而是確認「特徵」，身分辨識技術必須在較不複雜的場域，以及完整建置的資料庫比對才能達成，目前實務上可行的，是一種類似於「跟監」模式的監控技術，這樣的監控是比對人物及其交通工具等特徵與資料庫比對，並加以追蹤，由於在系統的可辨識度上，對顏色、形狀或車牌號碼等有較高的準確性，透過比對這些特徵影像出現的環境，加以追蹤分析行徑軌跡的做法，是目前在警政治安追蹤上較主流的方式。
兼具清晰與即時性需求
從平台選擇來看，智慧化的城市安控系統，將以工業等級平台為核心，過去以消費性PC系統作為系統核心的方式，勢必逐漸消失，一個功能良好的城市安控平台必須包括影像監控管理、災害及應變管理、交通管理、資訊蒐集及整合等子系統，並利用各子系統之間的訊息交換，來達到資源共享與整體監督管理目標，城市安控的智慧化願景也才能達成。
至於在整體系統設置部份，有2點需要注意，在產品趨勢方面，未來的監視攝影機水準將會逐步提高，破解過對解析度的迷思，必須要能真正看清楚，要達到這個目標，包括鏡頭的伸縮焦距、自動對焦等功能將持續導入，以加速建置速度並降低維護成本；還必須針對照明的智慧化需求進行改善，讓攝影機可以直接感測現場光線以改變攝影模式，降低光照所造成的影響。
至於應用趨勢，主要仍在傳輸及智慧化有所著墨，包括擴大頻寬需求及SaaS的應用模式，以迎合資訊的流通，此外透過IVS減少資訊整合的時程，以及自動告警相關功能，也會是未來安全監控系統的重點，這些均有助於系統對即時性與影像畫面清晰度的提昇。
