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剖析COMS高清监控摄像机产品及技术

已有102557次阅读2013-03-26标签:COMS高清监控摄像机 CMOS传感器 CCD传感器 高清监控

 

    有人说,模拟监控,CCD称王;高清监控,CMOS后来居上。现实是否如此?

随着CMOS技术上的不断突破,业内对CMOS的前景越来越乐观。CMOS传感器已经能满足安防摄像机在各种环境中的应用。在大家渴望高清的时代,COMS技术几乎占领了200万以上高像素摄像机的全部阵地。CMOS的呼声日益走高,低廉的价格、快速提升的技术水平,随着网络化、高清化的到来,CMOS将成为未来监控摄像机的主流。”

1CMOS分辨率不断提高

高清的定义,前国际无线电咨询委员会CCIR曾对高清晰度电视(HITV)给出这样一个定义:“高清晰度电视应该是一个透明系统,一个正常视力的观众在距该系统显示屏的三倍距离上所看到的图像质量应具有观看原始景物的清晰程度应该在同样距离上看到的真实景物一样清晰。为达到观看效果HDTV设定分辨率应达到1920*1080像素”。目前,在高清监控时代,无论是模拟摄像机还是高清网络摄像机,普遍采用CCD传感器。但在过去两年里CMOS在功耗、集成度和成本方面的优势是CCD无法比拟的。从目前趋势来看,随着技术的发展,CMOS的灵敏度正在得到快速改善,目前市场上致力于CMOS研究的厂商已经研发出灵敏度性能与CCD接近的720P1080P专用CMOS器件。另一方面,尽管相同尺寸的CCD传感器分辨率优于CMOS传感器,但如果不考虑尺寸限制,CMOS在良率上的优势可以有效克服大尺寸感光原件制造的困难,这样CMOS在更高分辨率下将更有优势。
2CMOS传感器低成本、低功耗、以及高整合度

CCD结构图


CMOS结构图

在不少人的眼中,CMOSCCD在功能上,似乎都让人有种重合的感觉,只是在时代或者技术特点上,有着小小的区别,因此,在高清时代来临之后,这种所谓的"替代关系"也就变得更加的明显。CCDCMOS传感器都是利用感光二极管(PHOTODIODE)进行光电转换,将图像转换成数字数据,而其主要差异是图像数据传送的方法不同。CCD在数据传送时不会失真,因为各个像素的数据是逐点传输到输出端再进行放大处理;而CMOS传感器是每个像素都有放大器,其放大效果保持均衡很困难,因而最后整合会产生噪声。也正由于其数据传输方式不同,CCDCMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异。通常认为CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器,而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。针对CMOS传感器性能的不足之处,业界正在通过不断的技术革新加以改善,业界提出了微透镜(Micro Lens)阵列技术,让更多的光能导入到CMOS传感器的每个像素(光电二极管)上,从而增加感应的亮度,对于降低图像中的噪声信号,一种做法是对原有半导体制程进行改进,在CMOS电路的硅表面上掺入杂质,以此形成一个针扎层(Pinning Layer),此结构可将光吸收到硅晶片的内部,进而降低(光电二极管)表面的噪声,此种作法也称为针扎光电二极管(Pinned  Photodiode)。目前此种作法确实改善了噪声问题,使图像品质提升,不过现阶段此种 制程也会增加晶片的制造成本。

从市场方面来看,CCD的传统生产厂商SONY已经开始把重心移向了CMOS传感器,不但研发出了ClearVid CMOS技术,推出了Exmor系列的高清CMOS产品,在其生产的高清网络摄像机中更是几乎清一色地采用了CMOS传感器,这也许可以看作是CMOS传感器的一个阶段性胜利。
3ISP被编码芯片集成

摄像机图像处理芯片是摄像机的核心部件,摄像机传感器在将光信号转换成电信号后 都须在SoC芯片组处理后才从后端发射出去,其承载了图像处理与分析、编解码压缩等 大量工作,如果是智能设备,还会嵌入大量的智能分析算法,进入高清监控时代,其作 用更为凸显。ISPimagesignalprocessing)是指视频信号处理芯片,一般通过专门的 ASIC或者DSP加以实现。通常情况下,传感器部分设置有内嵌的图像处理芯片以处理一些较简单的功能,而较复杂的3A(即自动曝光、自动白平衡以及自动对焦)WDR等功能,则必须通过后端ISP处理,以获得良好的影像效果。

ISP芯片NVP2400
    Nextchip的高清多功能ISP芯片NVP2400为例,该芯片可应用于1.3M/2MHD-SDI摄像机、高清模拟摄像机及高清IPC的设计。其内部集成8位快速8051MCU64MSDRAM及片上X-RAM等。芯片有I2CUARTSPI等通信接口,并具有定时器、PWM、中断等功能,可与标准8051MCU兼容。NVP2400可直接接收原始视频信号或者LVDS信号,经过ISP预处理后,芯片可以输出复合模拟信号和BT656/BT1120/YC16bits视频数据流。与某些仅支持单一Sensor的专用ISP芯片不同,它可与多款Sensor进行无缝连接,包括PanasonicMN34031PLSonyIMX036LQR/LLRAptinaMT9P031OmnivisionOv2715等系列CMOS

NVP2400支持多种图像预处理功能,其中有3A处理、镜头畸形校正(LSC)处理、亮度自适应ACCE即宽动态、2D/3D数字降噪、坏点检测DPC、假色修正、色滚抑制、64倍电子放大/画中画、日夜转换、运动侦测MD、隐私遮蔽、自定义OSD等功能。所以通过集成ISP 不但可大幅降低系统成本,更能大大增强视频的稳定性,优化影像在光学方面的性能。 这对于提升高清网络摄像机的成像品质具有及其重要的作用。

4、智能化的高清监控

 

随着高清监控技术的不断提高与完善,将来智能化的高清监控,将成为安防监控的主流 趋势。” 智能视频监控是利用计算机视觉技术对视频信号进行处理、分析和理解,在 不需要人为干预的情况下,通过对序列图像自动分析对监控场景中的变化进行定位、识 别和跟踪,并在此基础上分析和判断目标的行为,能在异常情况发生时及时发出警报或提供有用信息,有效地协助安全人员处理危机,并最大限度地降低误报和漏报现象。

  视频监控的运用早已进入数字时代,但监控视频的录制、存储还并没有完全数字化

,对视频的处理思维,基本还处在模拟时代。回放视频,查阅敏感视频片段,几乎花去 与录制视频同样的时间。随着计算机的软、硬件发展,以往对视频内容进行智能化处理的困难正不断破冰,逐步具备了智能处理视频内容的各种条件。现在计算机图像识别技术的不断成熟,可以识别更多的特征物体,例如人脸、车辆以及其他人们感兴趣的特征物,从而使从视频中分离敏感图像成为可能。硬件方面,随着CPU性能的飞快提升,现在连便携的掌上设备,不少都具有高清视频的处理能力。根据摩尔定律,具备一般高清视频处理能力的CPU

的价格也在逐年下降,渐渐成为大路货。因而,在硬件的使用方面,也已不存在技术上 、经济上的阻碍。在监控摄像头上,集成视频图像的智能分析软、硬件就成为可能了,而智能监控系统的建立也具备了实际的可能性。

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