根據(jù)IMSResearch近期的調(diào)查顯示，高清監(jiān)控產(chǎn)品的增長速度已超越傳統(tǒng)的模擬標(biāo)清產(chǎn)品，年增長率基本保持在20-60%這一區(qū)間，預(yù)計未來1-2年內(nèi)，高清監(jiān)控產(chǎn)品的市場占有率將超過50%，圖像質(zhì)量已成為市場關(guān)注的焦點(diǎn)。更為重要的是，越來越多的業(yè)界人士開始意識到，高品質(zhì)的視頻成像效果是一個系統(tǒng)化的工程，它與圖像傳感器芯片、圖像信號處理器(ISP)、鏡頭、傳輸、儲存、顯示等各個環(huán)節(jié)的設(shè)計和選用都息息相關(guān)。
“高清監(jiān)控代表著巨大的數(shù)據(jù)量和更快的處理速度，無論圖像采集單元、圖像處理單元，還是傳輸、顯示和儲存單元等都必須具備高速的處理能力，當(dāng)元器件高速化之后，就很容易受外界噪聲的干擾，如ESD、Surge等瞬時噪聲。”晶焱科技股份有限公司創(chuàng)辦人/設(shè)計研發(fā)部副總經(jīng)理姜信欽從電子元器件的角度分析道，因此，開發(fā)適合高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用的ESD/Surge防護(hù)元器件也是非常重要的一環(huán)。目前，晶焱針對高清視頻圖像解決方案可提供帶ESD防護(hù)性能的RS485收發(fā)器、ESD保護(hù)元器件及Surge保護(hù)元器件等，全方位地保障整個高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容不會受到外界噪聲的干擾，達(dá)到高清監(jiān)控的目標(biāo)。
尤其是針對前端攝像機(jī)的兩大關(guān)鍵部件——成像芯片和圖像處理，深圳比亞迪微電子有限公司副總經(jīng)理兼總工程師馮衛(wèi)更為直接地指出，高清監(jiān)控任務(wù)要靠整個系統(tǒng)來完成，很多情況下難以把圖像處理和成像芯片的問題分開。對于圖像傳感器芯片廠商而言，需要借助感光技術(shù)的進(jìn)步，通過工藝、感光單元、電路設(shè)計、封裝等方面的提升，提高圖像清晰度和低光成像效果。而作為后端圖像處理方案，則需要有充足的適應(yīng)能力，要求芯片廠商加快技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出工作頻率更快、芯片功耗更低、性價比更佳的產(chǎn)品方案。
CMOS傳感技術(shù)迅速崛起
近兩年，無論是在模擬監(jiān)控市場，還是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場，一個共同的發(fā)展變化就是：CMOS圖像傳感技術(shù)的迅速崛起，使得監(jiān)控前端從過去CCD傳感技術(shù)一統(tǒng)天下的格局，快速轉(zhuǎn)向CMOS圖像傳感技術(shù)。以比亞迪微電子(BF3003/3108)、Aptina(AR0130/MT9M034)、Pixelplus(PC1089/3089)、OmniVision(OV8825)等為代表的一批廠商紛紛在市場上掀起了一股以CMOS圖像傳感器為核心的監(jiān)控攝像機(jī)開發(fā)熱潮。
與CCD圖像傳感器相比，CMOS在低光條件下的成像效果以及高動態(tài)范圍的性能表現(xiàn)，一直是市場人士詬病的主要問題。對此，Aptina公司汽車、工業(yè)和醫(yī)療(AIM)事業(yè)部高級市場總監(jiān)AlvinWong介紹道，傳感器的低光照性能對于準(zhǔn)確地呈現(xiàn)圖像和保持圖像的真實(shí)色彩是至關(guān)重要的。然而，低光照性能的一個關(guān)鍵因素是像素尺寸，因為它與靈敏度直接相關(guān)，即使像素技術(shù)在不斷進(jìn)步，較大像素尺寸具有較高靈敏度的準(zhǔn)則仍然適用，但對于給定的分辨率，較大的像素尺寸由于需要使用成本較高的透鏡，這通常也意味著較高的系統(tǒng)成本。而在另一方面，更高的動態(tài)性能是指圖像傳感器必需具備同時準(zhǔn)確捕獲極亮和低光照場景的能力，即保證明亮和黑暗場景能夠同時適當(dāng)曝光。但高動態(tài)功能也增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，一般都需要附加的傳感器存儲器和更復(fù)雜的圖像處理程序。因此，目前各家圖像傳感器供應(yīng)商面對的同一個挑戰(zhàn)是——既要滿足低光照和高動態(tài)性能要求，又不能有太高的總體系統(tǒng)成本。
為了提高CMOS圖像傳感器的靈敏度，最大限度地降低讀取噪聲，同時優(yōu)化像素布局和模擬電路架構(gòu)，Aptina采用DR-PixTM技術(shù)，通過使用不同的像素內(nèi)(In-pixel)存儲和增益，優(yōu)化了不同光照條件下主要噪聲源的控制，使圖像傳感器可達(dá)到極低光照環(huán)境下的優(yōu)越性能。Aptina最新推出1/3英寸AR0130百萬像素級圖像傳感器產(chǎn)品正是集成了DR-PixTM技術(shù)，在單次曝光應(yīng)用中具有業(yè)界領(lǐng)先的低光照和動態(tài)范圍性能;另一款MT9M034傳感器則基于這一基礎(chǔ)像素技術(shù)，并在單一幀周期內(nèi)多次曝光捕獲，以獲得115dB量級的高動態(tài)范圍性能。據(jù)悉，Aptina還將于今年下半年陸續(xù)發(fā)布具有更高性價比的新產(chǎn)品系列。
另一個比較明顯的趨勢是，在CMOS感光芯片內(nèi)部集成ISP，以進(jìn)一步彌補(bǔ)在感光度和信噪比上不足的SoC芯片，是廠商們目前主推的一種解決方案。與后端分離式的ISP或DSP方案相比，馮衛(wèi)指出這兩大技術(shù)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。“后端處理的SP或DSP方案能夠在圖像處理上獲得更多的緩存，因而可以采用更復(fù)雜的圖像處理算法，處理時間和空間更宏觀，圖像效果也更佳;當(dāng)然，這樣的方案往往集成度稍差，成本較高，需要感光芯片、DSP工程師一起配合進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)時間稍長，應(yīng)用成本、生產(chǎn)損失也相對偏高。”而對于COMS內(nèi)集成ISP的SoC芯片，他認(rèn)為，由于要考慮到散熱及芯片面積等問題，圖像處理算法方面的資源有限，但其優(yōu)勢是可以提供高度集成的單芯片方案，方便工程開發(fā)、備料，并縮短產(chǎn)品的上市周期等，可為客戶帶來高性價比的技術(shù)方案，因此，廠商可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求來選擇不同的技術(shù)開發(fā)路線。
以比亞迪微電子新近推出的BF3108監(jiān)控級CMOS圖像傳感器為例，從產(chǎn)品的立項開始，就以方便客戶使用為原則，圍繞Turn-key方案、可編程差異化、集成系統(tǒng)功能這三大重點(diǎn)來進(jìn)行產(chǎn)品的定義及設(shè)計。BF3108作為國內(nèi)本土開發(fā)的第一款1/3英寸CMOS安防監(jiān)控圖像傳感器，具有高性價比優(yōu)勢，主打高線、高清晰度圖像傳感品質(zhì)，內(nèi)部集成紅外濾光片控制模塊，幀內(nèi)高動態(tài)、多制式ColorFilter等功能，圖像性能媲美部分CCD，并且針對特殊需求，可同時提供和支持專業(yè)DSP，方便了用戶使用成像芯片的靈活性，在縮短用戶開發(fā)時間的同時，模組的成本、良率、可靠度等方面也得到了較大的改善。
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