文/刘本军/李登丰 湖北三峡职业技术学院电子信息学院教研室主任/保卫处处长
前言
高空抛物被称为“悬在城市上空的痛”， 一直以来高空抛物行为倍受关注，作为城市不文明的行为的同时，它所带来的社会危害也很大。由于其不文明行为的实施场所多为高空楼层，少有目击者，抛物时间短，甚至有人在抛物时故意隐去身影，使得相关部门很难追究抛物者的法律责任，此类事件屡见不鲜、屡禁不止。
前段时间“抛砖砸死女婴”事件经媒体报道后引起社会广泛关注，人们在为百日女婴过早地离开这个世界、父母悲痛欲绝而扼腕的同时，一个有关城市高空抛物威胁人们“头顶安全”的社会问题再次引起人们的热议。
随着中国城市化进程加快，高层建筑越来越多，随之带来的高空抛物现象也十分严重，寄希望于居民提高素质完全杜绝这种行为，在目前是不现实的，且高空抛物又面临着取证处罚难的困境，有必要借助高科技手段，例如在小区安装摄像头时刻监控，从而留下高空抛物的有力物证，不失为震慑高空抛物行为的可取做法。
笔者今年上半年参与了某小区安防监控系统的设计与施工，在安防监控系统还未建设完工的期间，小区在业主装修期间连续发生几起高空抛物伤人事件，开发商和物业公司对此非常头痛。在了解到此情况后，我们建议对正在建设的小区安防视频监控系统进行改造，同时建设覆盖小区内七幢24层高的居民住宅楼以及覆盖每幢大楼的3个能够发生高空抛物的监控面，预计在每幢大楼的每一个立面设置2台摄像机，共计42台，如图2所示。建成后的视频监控系统将能够对住宅楼外立面进行实时监控及分析，实现对大楼高空抛物事件的重点监管，方案得到了小区开发商和物业公司的一致赞同。
高空抛物监控摄像机选型
小区高空抛物视频监控系统和常规的小区安防监控系统并没有太大的差别，最主要区别就是摄像机的技术选型，因为高空抛物的物体下落速度较快，一般普通的低帧率的摄像机无法有效地捕捉目标，也无法定位抛物者所在的楼层位置，所以在高空抛物监控摄像机的技术选型上，我们特别注意了以下几个问题。
摄像机的选型
球型摄像机是一体化摄像机、球形云台、解码器这几部分组成的，可以自动聚焦、手动变倍，镜头拉近拉远及360度转动来监控所需监控的区域，一般使用在室外或者室内面积比较大，范围比较广的场合。半球摄像机的变焦范围一般都不大，例如2倍、3.6倍等，而且镜头一般都不易更换，主要用于固定视野的监控，例如楼梯间、通道、电梯轿箱。枪机应用的场合比较广泛、可扩展性更高，可以实现远距离监控或广角监控，它的变焦范围则取决于选用的镜头，可以从几倍到几十倍不等，而且镜头的更换比较容易，针对高空抛物的监控，选择枪机是最为适合的。
图像传感器的选型
摄像机的最主要部件图像传感器，早期图像传感器大部分都是采用CCD，它能够将光线信号变为电荷信号并可将电荷储存及转移，也可将储存的电荷取出，使电压发生变化，因此是理想的摄像元件，具有分辨率高、灵敏度高、信噪比高、动态范围高等特点。近年来，CMOS图像传感器发展迅猛，其体积小、集成度高、功耗低等优点，广泛应用于数字网络视频监控系统的前端设备中，它通过采用影像光源自动增益补强技术、自动亮度、白平衡控制技术，色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术，完全可以达到与CCD摄像头相媲美的效果。受市场发展以及技术等情况的限制，数字摄像头采用CCD图像传感器的厂商为数不多，主要原因是采用CCD图像传感器成本高的影响，所以没有必要一味追求CCD图像传感器。
图一 高空抛物相关法律法规
传感器尺寸的选型
传感器尺寸(又称靶面尺寸)，主要有1/4"、1/3"、1/2"、1/1.8"等几种，它的大小以及与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。在同样的像素条件下，传感器尺寸越大，感光面积越大，对光线的敏感性也就越强，描述的图像层次也就越丰富，成像效果越好。“1/”这个后面的数字英寸的变小，只是表示这方面技术在不断的进步，并不是说 1/3英寸就一定比1/4英寸的好，因为不同的场合需要用到一些不同尺寸的传感器所独有的优点。例如1/2英寸可以有比较大的通光量，1/4英寸可以比较容易的获得较大的景深。由于高空抛物监控的环境和区域具有一定的特殊性，建议选用1/2"、1/1.8"等尺寸的传感器。
图二 摄像头安装位置示意图
镜头的选型
镜头的种类繁多，从焦距上分类，可分为短焦距、中焦距、长焦距和变焦距镜头;从视场的大小分类，可分为广角、标准、远摄镜头;从结构上分类，还可分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头(指光圈、焦距、聚焦这三者均可变)等类型。由于镜头选择得合适与否，直接关系到摄像质量的优劣，又关系到工程造价，因此在实际应用中必须合理选择镜头。
针对高空抛物监控，我们建议如下：① 建议选择自动光圈镜头：高空抛物使用的摄像机多在室外安装，因为室外的光线的动态范围变化较大，夏日阳光下环境照度达50000Lx-100000Lx，夜间路灯时仅为10Lx，变化幅度相当大，自动光圈对监控点的光线变化适应性较强。② 建议选择手动变焦镜头：大多数用户选购监控摄像机时标配的就是定焦镜头，根据所需要布控点来选择合适的焦距，如大范围监控会选择4mm短焦镜头。然而高空抛物监控区域和环境是千变万化的，同时与楼幢之间的距离也是相对不固定，面对这么多可变因素，建议选择变焦镜头。一般情况下，变焦镜头可以提供4mm~16mm甚至更长的焦距，根据镜头选择不同，数值可以不同。变焦也分手动和自动，考虑到价格成本，手动变焦更适合于本项目。③ 镜头的接口：镜头的接口分为C与CS接口，它们的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面的距离不同，C型接口此距离为17.5mm，CS型接口此距离为12.5mm。C型镜头与C型摄像机，CS型镜头与CS型摄像机可以配合使用，C型镜头与CS型摄像机之间增加一个5mm的C/CS转接环可以配合使用，CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。在选择摄像机与镜头的配合时，首先要明确机械接口是否一致，尽量选用同一种工业标准的接口，以免给安装带来麻烦。其次要求镜头成像规格与摄像机传感器尺寸规格一致，即镜头标明的为1/3英寸，则选用摄像机的规格也应为1/3英寸，否则不能相互配合。例如：使用1/3英寸摄像机，还勉强可以配备1/2英寸镜头，此时摄像系统显现的视场角要比镜头标明的视角小很多;但反过来把1/2英寸镜头用于2/3英寸摄像机时，则图像就不能充满屏幕，图像边缘不是发黑就是发虚。
帧率与分辨率的选择
摄像头的帧率是指在1秒钟时间里传输的图片的帧数，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次，通常用fps(Frames Per Second)表示。每一帧都是静止的图像，快速连续地显示帧便形成了“运动”的图像，也就是视频。高帧率可以得到更流畅、更逼真的视频，每秒钟帧数 (fps) 愈多，所显示的动作就会愈流畅。一般来说30帧/秒是行业普遍水平，但为了提高高空抛物的监控视频的效果，推荐使用60帧/秒的帧率，可以明显提升图像交互感和逼真感。目前暂不推荐90帧/秒或120帧/秒以上帧率的摄像机，最主要的是高速图形处理器的价格以及图像传输速率限制等问题，超高帧率摄像机的价格和技术还不算成熟。
分辨率指在视频摄录、传输和显示过程中所使用的图像质量指标，或显示设备自身具有的表现图像细致程度的固有屏幕结构，换句话说就是指单幅图像信号的扫描格式或显示设备的像素规格。分辨率的单位是“像素点数Pixels”，而不是“电视线TVLine”，分辨率代表水平行和垂直列的像素数目，用“水平像素×垂直像素”来表达，例如目前市面大部分摄像头分辨率为1280×1240，代表水平行有1280个像素，垂直列上有1024个像素，这样整个画面大约有130万像素。随着技术的发展，分辨率会越高，就可以呈现更多信息，图像质量越好，考虑到系统的先进性，建议现在高空抛物监控使用摄像头分辨率为1920×1080，整个画面大约有200万像素(未完待续，更多精彩内容请见下期《测评&选型》杂志《专家看安防》栏目)。
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作者：刘本军
