视频监控市场驱动 CMOS图像传感器成主流技术

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随着视频监控行业对图像的要求朝着高品质、高帧率、高动态、低照度的方向迈进,以CCD传感器为载体的高清摄像机在成本、分辨率等压力下很难突破以上的技术瓶颈,使得CMOS传感器技术的发展得以填补这一空间,从而越来越成为安防行业高清视频图像、高成像速度应用的主流图像传感器技术。

 

CCD是应用在摄影摄像方面的高端技术元件,CMOS则应用于较低影像品质的产品中,它的优点是制造成本较CCD更低,功耗也低得多,这也是市场很多采用USB接口的产品无须外接电源且价格便宜的原因。尽管在技术上有较大的不同,但CCD和CMOS两者性能差距不是很大,只是CMOS摄像头对光源的要求要高一些,但现在该问题已经基本得到解决。评判一款产品性能好坏,总有几个技术指标。对于CCD和CMOS传感器来说,同样也有几个硬性指标。

 

图像传感器发展硬性指标

 

传感器的主要技术指标有像素、靶面尺寸、感光度、电子快门、帧率、信噪比等。

 

像素:传感器上有许多感光单元,它们可以将光线转换成电荷,从而形成对应于景物的电子图像。而在传感器中,每一个感光单元对应一个像素(Pixels),像素越多,代表着它能够感测到更多的物体细节,从而图像就越清晰。像素越高,意味着成像效果越清晰。

 

靶面尺寸:据天地伟业的郭辉介绍:“图像传感器感光部分的大小。一般用英寸来表示,和电视机一样,通常这个数据指的是这个图像传感器的对角线长度,如常见的有1/3英寸,靶面越大,意味着通光量越好,而靶面越小则比较容易获得更大的景深。比如1/2英寸可以有比较大的通光量,而1/4英寸可以比较容易获得较大的景深。”

 

感光度:即是通过CCD或CMOS以及相关的电子线路感应入射光线的强弱。感光度越高,感光面对光的敏感度就越强,快门速度就越高,这在拍摄运动车辆,夜间监控的时候尤其显得重要。

 

电子快门:是比照照相机的机械快门功能提出的一个术语。其控制图像传感器的感光时间,由于图像传感器的感光值就是信号电荷的积累,感光越长,信号电荷积累时间也越长,输出信号电流的幅值也越大。电子快门越快,感光度越低,适合在强光下拍摄。

 

帧率:既指单位时间所记录或者播放的图片的数量,连续播放一系列图片就会产生动画效果,根据人类的视觉系统,当图片的播放速度大于15幅/秒的时候,人眼就基本看不出来图片的跳跃;在达到24幅/s~30幅/s之间时就已经基本觉察不到闪烁现象了。每秒的帧数(fps)或者说帧率表示图形传感器在处理场时每秒钟能够更新的次数。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的视觉体验。

 

信噪比:是信号电压对于噪声电压的比值,信噪比的单位用dB来表示。一般摄像机给出的信噪比值均是AGC(自动增益控制)关闭时的值,因为当AGC接通时,会对小信号进行提升,使得噪声电平也相应提高。信噪比的典型值为45~55dB,若为50dB,则图像有少量噪声,但图像质量良好;若为60dB,则图像质量优良,不出现噪声,信噪比越大说明对噪声的控制越好。

 

CMOS图像传感器渐成主流

 

在目前的监控用高清摄像机产品中,以130万和200万像素为主,且200万及以下像素的产品在传感器方面以CCD、CMOS平分秋色,200万像素以上的产品则主要以CMOS为主,但总体而言,高清摄像机在低照度、宽动态方面的表现仍有待提高。

 

CMOS传感器技术的主要优势是:价格低廉,制造工艺简单,功耗低。同时,经过近几年的发展,CMOS传感器在成像晶元技术以及成像工艺上取得了长足的进步。其中,成像晶元技术从早期3T技术,经历4T、5T、6T、7T,一直到最新的8T技术,使得CMOS的成像技术逐步走向成熟应用,这一技术的应用在很大程度上规避了CMOS的缺点,而优点也得到了很大的增强。此外,CMOSSensor技术在行业应用方面也取得了很好的适应性(如ITS/安防的高速抓拍、Anti-Blooming、Anti-Smear等等)。而CMOSSensor的半导体工艺使低成本、高清晰度、大画面的成像效果成为可能。

 

目前,市场上专业供应安防监控用CMOS传感器芯片的供应厂商包括:索尼、Aptina,以及台湾凌云光电子等。今年四月,CMOS成像解决方案提供商Aptina宣布推出AR0130CS图像传感器,这款1/3英寸的光学格式高清(720p/60fps)传感器可通过其3.75微米的近红外(NIR)探测像素提供主流监控摄像机一流的弱光(0Lux)性能。在此之前,Aptina还推出了宽动态范围(WDR)COMS解决方案,如AR0331SR(1080p/60fps)和MT9M034(720p/60fps),以及标准动态范围的AR0330CS(1080p/60fps)。

 

另外,值得注意的是,松下最近也推出了面向便携式数码相机和网络摄像机产品的1/3.06"1340万像素SmartFSI图像传感器MN34130PL,该传感器预计于今年12月开始量产。这款新型MOS图像传感器成功地在小尺寸像素(1.12×1.12μm)上使用了大而深的高感光度光电二极管形成技术,像素面积缩小了71%,信噪比比现有产品提高了3.2倍,即使在暗处也可明亮如实地再现拍摄物体颜色。

 

 

 

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