在过去的几十年里，安防和视频监控摄像头行业经历了爆炸式增长。如今，大多数公共场所都处于监控之下，以保障民众安全，并且每天都有更多的摄像头被安装。然而，关键在于重要的并非摄像头的数量，而是其图像处理的质量。没有高质量的图像，安防摄像头系统的性能和安全性将大打折扣。
2018年，IEC 技术委员会 TC79 正式发布了首个国际公认的安防摄像头和视频监控性能测试标准。我们的许多工程师都是 TC79 的成员，并积极为该标准的发布做出了贡献。该标准 IEC 62676-5 深入概述了摄像头和视频系统必须达到的性能阈值，才能被认为适合公共/消费者使用。这些阈值通过测试系统在标准中建立的各种关键性能指标 (KPI) 来进行分析。
KPI 概述
安防和监控摄像头在很大程度上用于安全目的。因此，所有关键的 KPI 都必须在摄像头系统上市前进行全面测试。在该标准中，TC79 委员会概述了八项图像质量性能测试，用于评估安防视频摄像头系统最重要的 KPI，包括 Resolution、最低 Illumination/Low-light、Dynamic range、IR Illumination、Geometric distortion、Veiling flare 和最大 Frame rate。其他影响整体摄像头性能的因素包括白平衡、Signal-to-noise ratio (SNR)、图像处理和 Color 输出。
IEC 62676-5-1 环境测试
TC79 委员会目前正在制定一项标准补充，重点关注周围环境对这些摄像头系统的影响。许多安防摄像头都位于室外，因此必须自然地应对不断变化的温度波动和湿度。这些环境挑战会影响图像和视频质量，尤其是 Resolution 和 Noise。IEC 62676-5-1 将概述评估摄像头在不同温度和湿度水平下性能的测试方法。
KPI 测试方法
在测试摄像头 KPI 时，务必遵循标准中描述的程序，以确保获得最准确的结果。该标准提供了简要概述、摄像头设置以及每个 KPI 的通用测试方法。我们将讨论测试方法以及我们用于测试和分析的设备。
Resolution
对于 Resolution 测量，IEC 62676-5 使用 ISO 12233:2000 作为 Resolution 性能测量要求的基础。安防摄像头可以使用两种不同的方法进行测试，第一种是视觉 Resolution 方法。由于视频监控摄像头对水平和垂直 Resolution 的要求，该方法使用倾斜边缘 Test Charts。这些倾斜边缘 Test Charts 广泛可用，但必须基于 ISO 12233 才能符合 IEC 62676-5。
Resolution 测量的另一种方法是基于正弦的 SFR 方法 (s-SFR)。该方法在 ISO 12233:2014 中引入，并使用西门子星 Test Charts 来评估 Resolution。通过西门子星，可以准确分析视频摄像头的水平、垂直和对角 Resolution。
当我们根据 IEC 62676-5 测量 Resolution 时，我们首先确定摄像头的 Geometric distortion。如果 Geometric distortion 超过 15%，则标准不建议使用视觉 Resolution 方法（使用倾斜边缘）进行测量。在这种情况下，标准建议使用 SFR 测量。对于倾斜边缘测量，我们使用 Test Chart TE170 或 TE095；对于西门子星，我们使用 TE253 或 TE253 9x。请注意，对于此标准，西门子星 Charts 必须在所有四个角和中心都有星形。
Low-light/最低 Illumination
安防摄像头测试最重要的 KPI 之一是 Low-light 性能，ISO 19093 概述了 Low-light 性能测试的方法。然而，当 IEC 62676-5 最初发布时，此 ISO 标准尚未完成。因此，ISO 19093 未在 IEC 标准的核心部分引用，但现在是该标准的附录，并被推荐用于 Low-light 测试。
Low-light KPI 的目标是确定摄像头仍能提供可接受图像质量的最低光照水平。该标准引用了两种不同的 Low-light 测量选项。基本方法使用反射式灰度 Test Chart 来测量各种灰度级别的 Noise reduction。另一种方法是使用 OECF 灰度色块 Chart，然后测量并比较亮色块与暗色块的质量。
ISO 19093 还引用了由 Image Engineering 独家生产的 TE42-LL 反射式 Test Chart。此 Chart 针对 Low-light 测试进行了优化，包含各种灰度和其他用于测量其他 Low-light KPI 的 Targets，我们测量 Low-light 性能时就使用此 Chart。
Dynamic range
Dynamic range KPI 评估摄像头在同一图像中再现场景的明暗部分的程度。它使用 ISO 14524 和 ISO 21550 作为安防摄像头系统 Dynamic range 测量的基准。根据标准，测量 Dynamic range 有两个选项。第一个选项是视觉 Dynamic range 测试，需要反射式灰度 Chart。第二个选项更高级，需要透明 OECF 灰度色块 Chart，最好是 24 个以上色块。反射式 Chart 的对比度会低于 60 dB / 1,000:1，而透明 Chart 的对比度可达 134 dB / 5,000,000:1。
我们用于安防摄像头 Dynamic range 测量的 Chart 是透明的 TE269C。此 Chart 具有 36 个灰色色块和 134 dB 的极高对比度。C 版本已根据 IEC 62676-5 的精确规范进行了调整，使其成为视频监控摄像头 Dynamic range 测量的顶级 Test Charts 之一。
IR Illumination
许多安防摄像头都内置 IR (IR) Illuminators，主要用于夜视，以测量摄像头与物体之间的距离，从而获得 IR 范围内的视频输出水平。该标准要求使用反射率超过 70% 的白色图案 Chart 来测试 IR 性能 KPI。在 IE，我们使用根据标准要求调整的 TE285 Test Chart 来评估 IR Illumination 的操作视距。
Line Geometric distortion
在 IEC 62676-5 中，Geometric line distortion 的测量基于 ISO 17850。当图像的直线显得不自然地变形或弯曲时，就会发生 Image distortion。安防标准使用网格 Chart 评估 Distortion，测量从图像中心定义距离处弯曲的水平或垂直直线。然后，您可以计算不同距离处可接受的 Distortion 量。
当我们根据标准测量 Geometric distortion 时，我们使用 TE251 Test Chart。这是一个反射式 Test Chart，用于测量标准中描述的 Geometric distortion。它使用白色背景上的黑色十字来测量水平线和垂直线。
Veiling flare
许多安防摄像头系统位于室外环境中，这使得它们容易在图像或视频中捕获杂散光，尤其是阳光。这种挑战被称为 Veiling flare，会严重干扰图像质量。IEC 62676-5 使用 ISO 18844 来测量 Flare KPI。
ISO 和 IEC 标准建议使用在其设计中包含 Light traps 的 Test Chart。这些 Light traps 吸收了大部分光线，创建的 Targets 密度高于标准 Test Targets。只有当 Flare 水平升高时，这些 Traps 的黑色水平才会受到影响。然后可以评估摄像头在不同 Flare 水平下的表现。
当我们在实验室测量 Flare 时，我们使用 TE281 反射式 Test Chart。此 Test Chart 基于 IEC 和 ISO 标准的要求，并使用圆形 Light traps 捕获光线。
最大 Frame rate
最大 Frame rate KPI 评估图像 Sensor 在不同光照条件下捕获 Frame rate 的最大适宜水平。该标准描述了一种测量方法，该方法使用 LED 光阵列，可以以设定的间隔打开和关闭，以测量摄像头的 Frame rate。
在 IE，我们使用 LED-Panel 测试安防摄像头系统的最大 Frame rate。该设备使用 LED 阵列，可根据测量参数提供各种 Illumination 模式和频率。它基于 ISO 15781，但也适用于 IEC 62676-5。除了 Frame rate，LED-Panel 还可以分析不同的 Timing 测量，例如拍摄时间延迟、负快门释放时间延迟、快门释放时间延迟、拍摄速率和启动时间。
建立测试实验室
对于每个 KPI，标准都概述了测试安防摄像头时推荐的测试设置。在大多数情况下，当使用反射式 Test Charts（例如用于 Resolution 的 TE42-LL 或用于 Flare 的 TE281）时，确保 Chart 均匀 Illuminated 至关重要。我们在测试实验室中使用 iQ-Flatlights 和 Chart Mount 来创建可行的测试设置。我们的 iQ-Flatlights 由 iQ-LED 技术提供支持，允许您生成自定义 Spectra。因此，您只需要一个光源（用于反射式 Charts）即可生成 IEC 62676-5 中概述的所有 Illumination 要求。
对于透明 Chart Illumination，我们建议使用 LG3 Lightbox。此光源对用于高 Dynamic range 测量的 TE269C 特别有效，因为它可以以超过 150000 lx 的强度 Illuminated 高对比度 Test Target。我们还提供 LE7 Lightbox，用于均匀（透明）Chart Illumination。该设备使用 iQ-LED 技术，需要 TE269C 或其他 Step Chart。我们还建议使用 LE7-IR 版本以获得最佳效果。
如前所述，IEC 62676-5-1 是该标准的一个附加部分，将涵盖如何在不同天气环境下测试摄像头。目前，唯一可用于在各种温度下测试摄像头的商用设备是 iQ-Climate Chamber。我们使用此设备来测试安防摄像头对不断变化的环境的反应。
最后，在分析结果时，我们使用 iQ-Analyzer-X 分析软件。您可以轻松上传您的图像结果，软件将显示在测试的 KPI 下哪些性能可以改进。
有关测试设备或如何设置实验室以进行正确图像质量测试的更多信息，请参阅我们的测试实验室清单。您也可以联系我们的支持团队。
结论
现在，大多数公共场所都处于监控之下，以保障民众安全，并且每天都有更多的摄像头被安装。因此，这些摄像头必须经过测试并符合国际公认的性能标准，以确保高质量和安全性。
安防摄像头行业主要采用的标准是 IEC 62676-5。该标准深入概述了摄像头和视频系统必须达到的性能阈值，才能被认为适合公共/消费者使用。这些阈值通过测试系统在各种关键性能指标 (KPI) 下的表现来分析，包括 Resolution、最低 Illumination/Low-light、Dynamic range、IR Illumination、Geometric distortion、Veiling flare 和最大 Frame rate。
随着安防和监控摄像头日益融入我们的日常生活，有必要继续制定性能标准，供制造商使用，以确保他们的产品在任何环境下都能保持高水平的性能，并对公众使用安全。