低照攝像機的概念首先出現(xiàn)在1998年，早期是由外資品牌主導這個市場，2014年國內(nèi)各大品牌安防企業(yè)開始推出自己的“星光級”低照度安防監(jiān)控攝像產(chǎn)品，發(fā)展到2019年，國內(nèi)市場就呈現(xiàn)百花齊放的狀態(tài)。

安防行業(yè)通常將前端攝像機分為四個等級：

（1）普通級攝像機，照度通常要求大于0.1Lux；

（2）月光級低照度攝像機，照度范圍在0.01~0.1 Lux之間；

（3）星光級低照度攝像機，照度范圍達到0.001~0.01Lux； 

（4）黑光級低照度攝像機，當照度要求低于0.001Lux的時候，便達到所謂的“超星光級”，而我們常說的“黑光級”攝像機，通常要求在0.0005Lux照度下仍然能維持彩色畫面。

圖1：低照度攝像頭的分類和實現(xiàn)路徑

提升攝像頭的低照度性能，通常從ISP調優(yōu)、硬件/軟件優(yōu)化和AI算法應用三個方面著手：

1，ISP(Image Signal Processor)圖像處理器：

主要作用是對前端圖像傳感器輸出的信號做后期處理，處理過程包括線性糾正、噪聲去除、壞點去除、內(nèi)插、白平衡、自動曝光控制等，依賴于ISP技術才能在不同的光學條件下實現(xiàn)較好的現(xiàn)場細節(jié)還原，ISP技術在很大程度上決定了攝像機的成像質量。對ISP進行參數(shù)調優(yōu)，包括進行3D降噪、色噪、描邊、寬動態(tài)、增益、噪聲濾波和邊緣增強等的處理。

圖2：ISP圖像優(yōu)化流程示意圖

2，硬件/軟件優(yōu)化：

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

（2）高質量鏡頭：優(yōu)質鏡頭是高質量成像的基礎，采用光學玻璃鏡頭或玻塑混合鏡頭，結合增透膜技術，鏡片組的透光率可以達到99%以上；

（3）大尺寸高靈敏度傳感器：大靶面和堆棧式傳感器能有效提升感光能力，例如1/1.7吋堆棧式傳感器的感光能力相比1/2.7吋普通傳感器提升500%；

（4）紅外增強：選用帶近紅外增強技術的傳感器，能夠捕捉到更明亮的畫面；

（5）通過降低視頻幀率，延長每幀圖像的曝光時間來增大進光量；

（6）圖像融合：一顆傳感器采集圖像亮度信息和物體輪廓，另一顆采集色彩信息，用融合算法將兩個圖像信息融合，輸出更優(yōu)的圖像；

3，AI ISP：是AI技術與ISP的結合，通常包含20-30個算法。

（1）顏色管理：利用深度學習模型進行更精細的顏色管理，根據(jù)不同場景，不同光照度下的顏色變化規(guī)律，更準確地調整圖像顏色；

（2）色彩增強：通過識別圖像中的關鍵區(qū)域和細節(jié)，對齊進行有針對性的色彩增強，提升圖像視覺效果；

（3）光譜重建：從輸入的RGB圖像中恢復出更豐富的光譜信息，有助于提升圖像的色彩準確性和真實性；

（4）通過AI賦能ISP Pipeline中的五大關鍵模塊HDR、3DNR、SR、RLTM和Demosaic，特別是3A、降噪、HDR模塊性能；

隨著黑光等低照度攝像技術的不斷改進和優(yōu)化，市場應用端逐步成熟，現(xiàn)階段經(jīng)濟型的攝像頭產(chǎn)品也開始應用低照度成像技術，“星光級”低照度攝像機已經(jīng)從概念變?yōu)楦鲝S商的標配產(chǎn)品，而黑光、極光等更加極致的低照度技術成為各廠商的關注焦點。從追求更低的照度環(huán)境，到追求更優(yōu)質的畫面，再到追求極致的清晰度和色彩還原度來助力AI智能識別的應用，低照度攝像機的發(fā)展一路高歌猛進，下面我們介紹一下Sigmastar的低照度攝像頭解決方案。

Sigmastar的微光全彩攝像頭方案SoC主控芯片采用SSC377、SSC378和SSC379。SSC377/378方案再軟硬件調優(yōu)后具備在0.0005Lux低照度下的“黑光級”彩色圖像輸出。其中SSC337系列支持5M攝像頭，SSC338系列支持4K超高清級別圖像分辨率，而SSC379可以支持高達16M的攝像頭，算力也得到提升，支持AI ISP功能。

圖3：SSC377/378/379芯片框圖

SSC377采用ARM Cortex-A35處理器，工作主頻1.0Ghz，內(nèi)置獨立IPU單元，算力達1Tops。該芯片集成星宸科技行業(yè)領先的ISP，具備兩路MIPI接口，支持最大兩路HDR輸入，支持H.264/H.265編解碼，最高支持5M@30fps（2880*1620）的圖像處理能力，芯片內(nèi)置以太網(wǎng)支持10/100M，豐富的接口可以滿足多樣化連接需求。

本方案搭配采用1/1.8吋堆棧式高靈敏度圖像傳感器，并采用近紅外（NIR）增強技術，提高700~1050nm波長的QE，從而能夠在更遠的距離捕捉到更明亮的圖像畫面，配套使用的高透光率鏡頭采用F1.0大光圈，確保足夠的光通量。

圖4：SSC377/378/379芯片主要規(guī)格

采用SSC377和SSC378芯片的低照度攝像頭方案，通過硬件和ISP參數(shù)優(yōu)化即可實現(xiàn)“黑光級”低照度條件下的彩色畫面還原，因此方案成本低，極具性價比。如采用支持AI ISP功能的SSC379方案，在低照度下的成像性能還能提升30%左右，它是SSC377/378的性能升級版本，適合更高要求的應用場景。

圖5：低照度拍攝對比

由SSC377方案Demo板搭建的測試平臺的低照度成效效果顯示，其在低照度細節(jié)成像效果良好，實測在0.0005Lux照度下，仍然可以保持彩色成像能力。

圖6：“黑光級”低照度攝像頭方案Demo板

采用SSC377/378的低照度攝像頭解決方案，無論在白天還是夜晚，都能提供清晰、穩(wěn)定的畫面。而且方案支持一機雙攝，能夠同時兼顧重點監(jiān)控區(qū)域和全向監(jiān)控要求，可滿足多樣化的應用場景。

根據(jù)國外統(tǒng)計數(shù)據(jù)，95%以上的違法案件發(fā)生在夜間。公安部的權威數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，近70%的犯罪都發(fā)生在夜間，特別是晚上7點到次日凌晨5點是犯罪事件的高發(fā)期。因此在安防領域夜間監(jiān)控比白天監(jiān)控更加重要，運用具備全彩夜視成像的攝像機來實現(xiàn)24小時晝夜監(jiān)控，已經(jīng)成為新的剛需，市場增長前景值得期待