2020年12月,大华股份参与研发的全国首个全国产、自主产权的商用深海高帧率超高清网络摄像机问世,该款摄像机标准产品工作水深可达6000米,最深可以支持探测马里亚纳海沟。据大华相关项目负责人介绍,此次合作是杭州电子科技大学承担了浙江省有关大型海洋工程装备及技术的重点项目研发,由于项目涉及大量视频图像技术,于是项目组选择了在光学系统开发,图像处理,视频分析以及AI深度学习算法等领域有深厚技术积累的大华。再加上大华本来就有计划开发深海摄像机相关产品,因此与杭电一拍即合。
深海超高清网络摄像头
资料显示,该款深海网络摄像头由密封观察窗、镜头、成像机芯以及耐压壳体组成,机身小巧紧凑,可搭载在任意有视频监控需求的深海仪器与装备上开展工作。产品同时配备了大华DHOP开放平台,可加载其他厂家智能算法,增强适配性能。
深海摄像机要考虑超高压、弱光源的工作环境,且深海设备的供电电源通常为宽压输出且不够稳定,陆地技术在深海并不适用。“大华在项目中独立完成堆叠式成像机芯设计、图像算法开发、图像调优以及整机配套软硬件开发。”据大华相关负责人介绍,“研发部门在杭电参研人员的配合下,对摄像机的光学系统进行了特殊的设计,满足密封观察窗和成像物体所处的水体环境相配合的需求,解决了因视角小、放大率小、像差变化等导致的成像畸变和模糊。”
同时,在图像算法开发、图像调优方面,大华针对深海环境,通过适配深海光谱特点的颜色还原技术、目标自适应快门、环境自适应补光、星光级低照度成像、3D降噪,数字防抖、运动去模糊等专业图像技术,实现在弱光场景下最高输出2K、60帧超高清视频,还原更稳定、更真实、色彩更精准的海底世界。
目前,该产品已经实现了全国产并拥有自主产权,从光学、硬件器件均选择国产供货、性能稳定的产品,同时结合大华自研算法,最终研发的产品在性能指标、价格水平、交货保障等方面均超越同类型设备,彻底解决国外“卡脖子”问题。这款产品的问世,将填补商用国产深海摄像机领域的长期空白,其价格仅为国外同类设备的一半左右,有望打破国外垄断,在深海视觉探测领域具有重大战略意义。
“在浅海应用上这款摄像机也能大显身手,比如水下娱乐观光、海上救援、水下搜救、海水养殖、渔业捕捞等领域,从而将陆地上的视频监控网络延伸至水下世界。”据大华方面透露,“公司也在考虑基于市场需求,适时推出适配行业特性的定制化产品与解决方案。”
“此款摄像头专为深海监控而生,标准产品工作水深可达6000米,最深可以支持探测马里亚纳海沟。”主持研发的杭州电子科技大学于海滨教授告诉记者,此款摄像设备可搭载在任意有视频监控需求的深海仪器与装备上开展工作。它由密封观察窗、镜头、成像机芯以及耐压壳体组成。“深海摄像机要考虑超高压、弱光源情境下的工作环境,所以摄像镜头外围带了密封观察窗,主要是为了密封挡水和承受高压,而由于密封观察窗的存在,镜头设计需要考虑更多的因素。”于海滨介绍到。
深海超高清网络摄像机套装
摄像机物镜的光学特性如果没有与密封观察窗和成像物体所处的水体环境相配合,有可能因视角小、放大率小、像差变化等导致成像发生畸变和模糊。因此,如何紧密围绕深海环境的光学特性完成摄像机物镜的光学分析,尤其是如何校正因密封观察窗的引入而导致的畸变和模糊,就成为高质量成像的关键。针对该问题,于海滨与团队成员将镜头、密封观察窗以及外部海水环境作为一个整体进行光学设计和分析,通过整体光学系统的优化设计获得最佳像质,以满足深海弱光成像对大视场、大相对孔径的需求。同时,高性能图像传感器、信号处理电路以及多种针对深海环境成像特点的前端ISP成像优化算法的引入,也对成像质量进行了“软硬兼施”的优化补偿。
光学分析
据了解,该款深海超高清网络摄像机机身小巧紧凑,便于安装集成,灵敏度高,最低照度仅为0.001Lux(彩色模式);支持宽动态,动态范围≥100dB;兼具在线传输模式和自容存储模式,自容存储容量可达256GB;具有照相机工作模式,可实现自动或手动抓拍(非视频码流中截图);具有针对深海环境成像特点的宽动态场景模式以及3D数字降噪、自动透雾、数字防抖等特有功能;具有智能补光模式,可根据成像效果自适应调节补光灯亮度。
摄像头仅小瓶矿泉水大小,方便携带与安装
“深海探测中,超高清摄像机就好比研究人员的眼睛,摄像机在深海要克服弱光难题,不仅要靠摄像机自身的感光性能,也需要依靠辅助光源的引入,所以我们这款摄像机也会自带补光灯提供光源辅助成像。”于海滨表示,该款深海高帧率超高清网络摄像机的问世,将填补商用国产深海摄像机领域的长期空白。由于其价格仅为国外同类设备的一半左右,因而有望打破国外垄断,为我国具有重大战略意义的深海视觉探测提供全国产自主解决方案。
此外,深海超高清网络摄像机在浅海应用上也能大显身手,比如水下娱乐观光、海上救援、水下搜救、近海海洋环境监测、海水养殖、渔业捕捞等领域,从而将陆地上的视频监控网络延伸至水下世界。