“圖像不清，看不清楚畫面，有噪點，畫面不高清，失真，設備耗電量太大了”，這些問題都出在監(jiān)控攝像機的圖像傳感器上。本期我們就詳解下圖像傳感技術。

　　目前，監(jiān)控攝像機的圖像傳感器正逐漸從傳統(tǒng)的CCD向CMOS轉變。

　　我們都知道，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中很重要的步奏就是前端采集，監(jiān)控攝像機作為數(shù)據(jù)采集的重要設備，在整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)中起著重要的作用。圖像傳感器就是決定監(jiān)控攝像機采集質量好壞的重要因素。

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分就是圖像傳感技術，目前，監(jiān)控攝像機的圖像傳感器正逐漸從傳統(tǒng)的CCD向CMOS轉變。這兩種傳感器各有長短，但一直以來，CMOS傳感器的缺點漸漸減少。CMOS圖像傳感器低成本、高集成度為其主要特點，圖像質量已不輸于CCD。與基于CCD的探頭相比，CMOS探頭的集成度更高，因為CMOS傳感器集成了許多外圍處理功能，所需器件比CCD探頭少，且CMOS探頭的功耗要低得多。從整個系統(tǒng)來看，CMOS傳感器可將成本大大降低。

　　CMOS傳感器與CCD傳感器的比較

　　CCD（ChargeCoupledDevice），即“電荷耦合器件”，以百萬像素為單位。數(shù)碼相機規(guī)格中的多少百萬像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運用于掃描儀、復印機以及無膠片相機等設備。與膠卷的原理相似，光線穿過一個鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是，CCD既沒有能力記錄圖形數(shù)據(jù)，也沒有能力永久保存下來，甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數(shù)據(jù)都會不停留地送入一個“模-數(shù)”轉換器，一個信號處理器以及一個存儲設備（比如內存芯片或內存卡）。CCD有各式各樣的尺寸和形狀，最大的有2×2平方英寸。1970美國貝爾實驗室發(fā)明了CCD。二十年后，人們利用這一技術制造了數(shù)碼相機，將影像處理行業(yè)推進到一個全新領域。

　　CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），即“互補金屬氧化物半導體”。它是計算機系統(tǒng)內一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導所需的大量資料。有人發(fā)現(xiàn)，將CMOS加工也可以作為數(shù)碼相機中的感光傳感器，其便于大規(guī)模生產(chǎn)和成本低廉的特性是商家們夢寐以求的。

　　從技術的角度比較，CCD與CMOS有如下四個方面的不同：

　　1.信息讀取方式：CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實施轉移后讀取，電荷信息轉移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個電路較為復雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉換后直接產(chǎn)生電流（或電壓）信號，信號讀取十分簡單。

　　2.速度：CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢；而CMOS光電傳感器采集光信號的同時就可以取出電信號，還能同時處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。

　　3.電源及耗電量：CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大；CMOS光電傳感器只需使用一個電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢。

　　4.成像質量：CCD電荷耦合器制作技術起步早，技術成熟，采用PN結或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質量相對CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像質量影響很大，使CMOS光電傳感器很長一段時間無法進入實用。近年，隨著CMOS電路消噪技術的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

　　CMOS傳感器與CCD傳感器商業(yè)應用

　　目前，CCD技術主要掌握在索尼、佳能、奧林巴斯等幾大廠商手中。主流的數(shù)碼相機均采用CCD作為光敏傳感器件，像素數(shù)一般為三百萬左右。其制造工藝復雜，功耗大，成本較高。未來，采用CCD傳感器的數(shù)碼相機將繼續(xù)朝著提高像素數(shù)，增加拍攝功能，提高照片質量的方向發(fā)展，力爭在各項指標上早日達到傳統(tǒng)相機的標準。

　　采用CMOS傳感器的數(shù)碼相機一般低于130萬像素，主要面向以家庭、個人用戶為主的低端市場。其時尚化、多功能、價格低的優(yōu)勢受到了普通消費者的歡迎。國內的數(shù)碼相機廠商對CMOS數(shù)碼相機傾注了極高的熱情，包括海鷗、先科、喜馬拉雅等先后推出了相應產(chǎn)品。CMOS可塑性較高，未來除了數(shù)碼相機之外，將在傳真機、掃描儀、數(shù)字攝像機、安全偵測系統(tǒng)等方面得到廣泛應用。目前市場上CMOS產(chǎn)品不多，但在美國，包括Intel、ATI在內的多家公司都在積極研發(fā)相關產(chǎn)品。今年7月，歐洲的獨立半導體研究機構IMEC公布了兩個有關CMOS的研發(fā)項目，其中探索CMOS技術極限的“AdvancedDeviceImplementationProgram”，其目標是確立國際半導體技術規(guī)劃（ITRS）的最新版本，并提出面向60nm～30nm的技術。

　　TI、Hisilicon、Ambarella方案比較

　　單百萬高清前端攝像機來講，TI、Hisilicon、Ambarella三家的方案都有各自的優(yōu)劣，沒有一家是所有維度都占優(yōu)的。

　　TI作為之前的監(jiān)控芯片占有率No.1，技術底蘊豐厚，不過感覺TI前些年在安防市場投入不多，近兩年的產(chǎn)品沒有什么突出的亮點，功耗方面比較突出，圖像質量一般。要開發(fā)出好的效果和強大的功能那得要相當?shù)墓α?。可以體現(xiàn)開發(fā)人員的水平，以前開發(fā)難度大，但這兩年感覺技術支持提高了。二次開發(fā)方案比較多，利于有一定技術實力的研發(fā)性公司。

　　海思在占據(jù)了DVR市場后，近兩年比較重視IPC市場，在IPC領域推出的產(chǎn)品頻率較高。性能都算是優(yōu)秀的，集成了自己的ISP以后，圖像質量也還不錯，而且作為國內方案廠商，技術支持比較到位。開發(fā)相對容易一些，價格相對便宜。目前以其高性價比、良好的技術支持獲得市場的廣泛接受。

　　安霸作為傳統(tǒng)的DV方案商，安霸更致力于高端客戶的需求，對視頻圖像的壓縮、碼流、畫質等各方面做到極致，是目前視頻圖像效果處理方面當之無愧的老大。且安霸體系的廠家提出同樣碼流看效果，同樣效果比碼流的概念。最大的優(yōu)勢是圖像質量方面，特別是編碼算法做得很好，在低碼率的情況下是三個方案中圖像質量最好的，價格偏貴，市場份額不高。

　　TI、海思、安霸公司簡介

　　TI（TexasInstruments）：是美國德州儀器的簡稱，總部位于美國德克薩斯州的達拉斯，是全球知名的半導體企業(yè)，主要從事模擬電路和數(shù)字信號處理技術的研究，其具有代表性的DaVinci-DM3xARM9視頻處理器解決方案在安防行業(yè)有著廣泛的應用。

　　1951年更名為德州儀器，并開始進入半導體市場，至今在多個市場領域占有重要份額。當安防領域的視頻監(jiān)控從模擬階段發(fā)展到數(shù)字壓縮處理階段后，TI在安防視頻壓縮領域逐漸暫居主導地位。在IPC領域有代表性的解決方案是DM355、DM365、DM368，以及最新推出的DM369，DM388。

　　海思（Hisilicon）：海思半導體有限公司成立于2004年10月，前身是創(chuàng)建于1991年的華為集成電路設計中心。海思公司總部位于深圳，在北京、上海、美國硅谷和瑞典設有設計分部。海思的產(chǎn)品覆蓋無線網(wǎng)絡、固定網(wǎng)絡、數(shù)字媒體等領域的芯片及解決方案，成功應用在全球100多個國家和地區(qū);在數(shù)字媒體領域，已推出網(wǎng)絡監(jiān)控芯片及解決方案、可視電話芯片及解決方案、DVB芯片及解決方案和IPTV芯片及解決方案。在2009-2012年，DVR芯片可謂風生水起。在IPC領域有代表性的解決方案是Hi3516、Hi3516C、Hi3517、Hi3518A、Hi3518C、Hi3518E。

　　安霸（Ambarella）：于2004年組建，總部位于加州的圣克拉拉市;公司中文名稱為“安霸”，安霸是高清視頻業(yè)界的技術領導者，主要提供低功耗、高清視頻壓縮與圖像處理的解決方案，在電視廣播市場，安霸技術也得到廣泛應用，來自世界各地的電視節(jié)目都經(jīng)安霸芯片壓縮后傳送。在業(yè)界率先推出了基于最新H.264視頻壓縮標準的高集成SoC芯片，集成了各種關鍵系統(tǒng)功能，提供高性價比的高清整體解決方案，在H.264高清專業(yè)廣播編碼設備市場擁有近90%的市場。在IPC領域代表性的解決方案是A2、A5、A5S、A7、A9。

　　結語：

　　視頻監(jiān)控領域芯片大多掌握在國外企業(yè)手中，國產(chǎn)芯片研發(fā)的滯后導致的危害效應已經(jīng)引起國家的重視。于是，政府對芯片產(chǎn)業(yè)采用刺激政策，計劃10年內投資10萬億元，支持芯片國產(chǎn)化。而這一政策受益地將包含深圳、上海、武漢等地。圖像傳感器技術，作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，其國產(chǎn)化將會有一個大的提升。