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關(guān)于CMOS高清攝像機(jī)的夜視局限問題及與技術(shù)突破

作者: 時(shí)間:2013-03-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

2010年以來,經(jīng)過兩年多的市場培育,高清攝像機(jī)正從“趨勢”變成“現(xiàn)實(shí)”。許多高清攝像機(jī)廠家如雨后春筍般涌現(xiàn)出來,傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)廠家也逐步往高清領(lǐng)域轉(zhuǎn)型。在市場上,越來越多的的代理商、工程商和用戶認(rèn)可了高清??梢哉f,2012年以來,高清攝像機(jī)開始迎來發(fā)展的高峰期。

具體來看,盡管仍被籠統(tǒng)地稱為“百萬高清”,但高清攝像機(jī)的清晰度已有了很大的提升,像素從60萬、130萬、200萬到500萬遞增,有的廠家甚至宣稱已將像素級別提升至2000萬;在傳輸方式上,IP與HD-SDI均得到了較快發(fā)展,并各自占據(jù)了不小的市場份額。此外,在色彩還原度和智能分析等方面,高清攝像機(jī)也有了很大的改進(jìn)。

但由于技術(shù)不夠成熟、成本較高等因素,高清攝像機(jī)產(chǎn)品的主流應(yīng)用集中于政府、銀行等高端市場,其他領(lǐng)域則仍以模擬產(chǎn)品為主。其中,目前高清攝像機(jī)普遍采用CMOS芯片,其色彩飽和度較低,質(zhì)感和銳度的表現(xiàn)也略遜一籌,在光線不足的夜間,拍攝效果往往不太理想?;诖耍恍S家推出了960HCCD網(wǎng)絡(luò)高清產(chǎn)品,采用索尼Effio-EN700線方案,低照度、純數(shù)字界面,影像像素達(dá)到60萬左右,不僅白天能實(shí)現(xiàn)高清晰拍攝,夜間也能清晰彩色成像,有效地解決了高清攝像機(jī)的夜視難題。

CMOS高清攝像機(jī)的局限性

所謂CMOS,即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體,主是是用硅和鍺所做成的半導(dǎo)體,通過CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實(shí)現(xiàn)其基本功能。與CCD(電荷耦合器件,是一種把從圖像半導(dǎo)體中出來的電子組織起來的方法)一樣,它們使用的都是“圖像半導(dǎo)體”傳感器,它是一種PN半導(dǎo)體,能將轉(zhuǎn)換光線的光子結(jié)合成為成比例數(shù)量的電子。但為了將兩者相區(qū)別,我們習(xí)慣性地分別稱之為CMOS傳感器或CCD傳感器,但并不表明其處理影像的方法。

與CCD傳感器相比,CMOS傳感器不需要復(fù)雜的信號處理過程,直接將圖像半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)變成電壓信號,可在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù),輸出高清晰度視頻,因此適應(yīng)高清晰度攝像機(jī)需要?;诟呒啥鹊膬?yōu)勢,它的自動(dòng)增益控制、自動(dòng)曝光控制、伽馬校正、背光補(bǔ)償和自動(dòng)黑點(diǎn)校正等功能都遠(yuǎn)強(qiáng)于CCD傳感器。同時(shí),為了使影像更便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸,攝像機(jī)廠家正不斷提高圖像編碼壓縮處理的效率。如今,在130萬(720P)以上像素高清攝像機(jī)的芯片技術(shù)上,CMOS已占據(jù)絕對優(yōu)勢。

但在感光度方面,人眼能看到1Lux照度(相當(dāng)于滿月的晴天夜晚環(huán)境)以下的目標(biāo);CCD傳感器僅比人眼略好,在0.1~3Lux之間;而CMOS傳感器的感光度一般在6~15Lux之間,相當(dāng)于CCD傳感器的1/10~1/3,噪點(diǎn)亦高出CCD傳感器近10倍。因此,在夜間光線不足的環(huán)境下,CMOS攝像機(jī)拍攝效果遠(yuǎn)遜于CCD傳感器。盡管將CMOS傳感器做得非常大后,其感光度可與CCD傳感器相當(dāng),但對DSP處理速度的要求也非常高,無形中拉升了CMOS攝像機(jī)的價(jià)格,短期內(nèi)還無法大規(guī)模應(yīng)用。

未來,隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬問題的逐步解決,兼具大型工程建設(shè)成本和升級維護(hù)便利性等優(yōu)勢的高清攝像機(jī)將更大范圍的應(yīng)用,乃至成為攝像機(jī)的主流。但從目前來看,由于夜視等技術(shù)尚未成熟,加之成本較高,極大地制約了高清攝像機(jī)的普及。

對絕大多數(shù)用戶而言,夜間是各類違法犯罪事件的高發(fā)時(shí)段,亦即視頻的關(guān)鍵時(shí)段。選擇一款夜視效果不佳的攝像機(jī),將使視頻在時(shí)間上出現(xiàn)一個(gè)極大的盲區(qū),無法滿足全天候不間斷的要求。但另一方面,“用戶對看得更清楚”以及遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能分析等的需求同樣迫切。這就要求攝像機(jī)在白天與夜間拍攝效果上找到一個(gè)平衡點(diǎn),而不能簡單地退回模擬攝像機(jī)的老路。由此,960H網(wǎng)絡(luò)高清技術(shù)進(jìn)入攝像機(jī)廠家的視野。

SonyEffio-EN方案的夜視原理

2009年,日本索尼公司推出Effio-E方案,官方標(biāo)準(zhǔn)方案是:4127+4816+673。通過Effio-EDSP與960HCCD(EXviewHADCCDⅡ)搭配,能達(dá)到700TVlines水準(zhǔn)的解析度,影像像素達(dá)到60萬像素(pixel)左右。與以往方案相比,它能提供更清晰的影像畫面、更好的顏色飽和度和亮度。

作為模擬攝像領(lǐng)域最領(lǐng)先的芯片技術(shù)之一,索尼Effio-E方案具有高分辨率、高信噪比和高色彩還原度的“三高”優(yōu)勢。它在電子變焦后展示出更精細(xì)的圖像,并通過3D降噪技術(shù),有效降低低照度環(huán)境下的圖像雜訊,保持圖像的清晰度。加之更高的色彩還原度、寬范圍的白平衡自動(dòng)調(diào)整以及分區(qū)補(bǔ)償功能,有效改善暗區(qū)細(xì)節(jié)和曝光過度的損失,最大限度地保證了所拍攝影像的完整性。

在實(shí)際應(yīng)用中,索尼Effio-E方案攝像機(jī)常搭配紅外高清鏡頭,圖像細(xì)節(jié)呈現(xiàn)優(yōu)異,色彩還原真實(shí)艷麗、鮮艷、不偏色,而且圖像銳利、光線亮度處理能力強(qiáng),具有逼真的層次感,最大限度地實(shí)現(xiàn)日/夜成像畫面。同時(shí),采用最新一代點(diǎn)陣式LED光源(即IRⅣ技術(shù)),光電轉(zhuǎn)化效率更高、功耗更低;伴以智能光技術(shù),紅外燈與白光燈同時(shí)補(bǔ)光,夜視可達(dá)到純彩色效果。

2012年,索尼公司對Effio-E方案進(jìn)行升級,Effio-EN方案應(yīng)運(yùn)而生。與Effio-E方案相比,新的DSP的影像畫質(zhì)、感光度和顏色飽和度更趨于完美。特別是在傳輸方式上,從模擬傳輸升級為數(shù)字傳輸,在影像的保真度上有了質(zhì)的突破。

采用數(shù)字信號傳輸

在信號傳輸過程中,傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)須先通過傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號,接著轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換與色度、亮度處理,再將數(shù)字信號模數(shù)轉(zhuǎn)換并調(diào)制成PAL/NTSC制式標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻信號進(jìn)行輸出,到達(dá)DVR等后端設(shè)備時(shí),由視頻采集芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。在這過程中,共發(fā)生3次AD轉(zhuǎn)換,可能造成一定程度的畫質(zhì)受損。當(dāng)攝像機(jī)采用SonyEffio-ENF方案時(shí),這種傳輸方式已無法滿足要求。

因此,一些攝像機(jī)廠家對960HCCD攝像機(jī)的傳輸方式進(jìn)行了改進(jìn),在攝像機(jī)內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)模塊,采用純數(shù)字接口,省去了信號壓縮轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié),提升了傳輸速度,并避免了傳輸過程中的信號受損。在傳輸方式和后端配備等方面,和百萬網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了資源共享。

當(dāng)前,模擬攝像機(jī)仍占據(jù)著絕大多數(shù)市場份額,在高清特別是CMOS高清攝像機(jī)技術(shù)仍不夠成熟、成本也無法迅速下降的情勢下,模擬視頻監(jiān)控仍將長期存在。盡管在政府、銀行等高端市場,高清攝像機(jī)已率先應(yīng)用,但對小區(qū)、店鋪、小型超市、辦公樓等中小型監(jiān)控系統(tǒng)而言,模擬攝像機(jī)仍是性價(jià)比較高的選擇。

但也應(yīng)看到,我國監(jiān)控正從模擬視頻監(jiān)控向高清視頻監(jiān)控過渡,用戶對“看得更清楚”以及遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能分析的要求越來越高,模擬攝像機(jī)的市場份額將逐漸縮小,高清攝像機(jī)則代表著行業(yè)的未來。在過渡期內(nèi),960HCCD高清攝像機(jī)憑借白天與夜間效果同樣出眾的優(yōu)勢,有望在占行業(yè)多數(shù)的中小型監(jiān)控領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入全面高清時(shí)代后,它的夜視技術(shù)也可帶給高清攝像機(jī)廠家一定的啟迪。



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